带权重的字符串交织问题(加权交织)
字数 8503 2025-12-16 05:58:50

好的,我注意到在您提供的已讲题目列表中,“带权重的字符串交织问题(加权交织)”出现过,但其具体变体如“给定三个字符串的加权交织问题”或更精确的约束可能未被深入探讨。我将基于此构思一个更具象的题目,确保其核心在“区间DP”与“加权交织”上,且不与列表中的具体描述完全重复。


三个字符串的加权交织问题

题目描述

给定三个字符串 ABC,长度分别为 n, m, l。我们称字符串 CAB 的一个 交织,如果 C 可以通过从 AB 中交替取出字符(保持各自在 AB 中的原始顺序)来构造。例如,若 A = “ab”, B = “cd”,则 “acbd”“cabd” 都是有效的交织。

现在,我们为这个交织过程定义一个 成本。每次从 AB 中取出一个字符拼接到正在构建的字符串时,都会产生一个代价

  • 如果从 A 中取出字符 A[i],代价为 costA[i]
  • 如果从 B 中取出字符 B[j],代价为 costB[j]

此外,整个交织过程的总成本 并不是所有取字符代价的简单求和。当连续从 同一个字符串 中取出多个字符时,这些连续字符的代价会被相乘,然后再与其他段落的代价相加。更形式化地定义:

  1. AB 中取出的字符序列混合成 C 的过程,自然地将 A 分成了几个连续的段落(B 同理),每个段落对应一次从该字符串连续取字符的操作。
  2. 对于一个来自 A 的连续段落,假设它包含了字符 A[p], A[p+1], ..., A[q],那么这个段落的成本是 costA[p] * costA[p+1] * ... * costA[q](即这些位置代价的乘积)。
  3. 同样,对于 B 中的连续段落,成本是其对应 costB 位置代价的乘积。
  4. 整个交织 C 的总成本是 A 的所有连续段落成本与 B 的所有连续段落成本的总和。

你的任务是:判断 C 是否是 AB 的一个交织,如果是,计算出构造 C 的所有可能交织方式中的 最小总成本;如果不是,则返回一个特定值(例如 -1)。

输入:

  • 字符串 A, B, C
  • 数组 costA(长度 n),costB(长度 m)。
  • 所有代价都是正整数。

输出:

  • 如果 C 不是 AB 的交织,返回 -1
  • 否则,返回最小总成本。

示例:

A = “ab”, B = “cd”, C = “acbd”
costA = [2, 3], costB = [1, 4]

可能的交织方式:

  1. A[0]('a', cost=2) -> 取 B[0]('c', cost=1) -> 取 A[1]('b', cost=3) -> 取 B[1]('d', cost=4)
    • A段落1: [2],成本=2
    • B段落1: [1],成本=1
    • A段落2: [3],成本=3
    • B段落2: [4],成本=4
    • 总成本 = 2 + 1 + 3 + 4 = 10
  2. B[0]('c', cost=1) -> 取 A[0]('a', cost=2) -> 取 B[1]('d', cost=4) -> 取 A[1]('b', cost=3)
    • B段落1: [1],成本=1
    • A段落1: [2],成本=2
    • B段落2: [4],成本=4
    • A段落2: [3],成本=3
    • 总成本 = 1 + 2 + 4 + 3 = 10
  3. A[0]('a', cost=2) -> 取 A[1]('b', cost=3) -> 取 B[0]('c', cost=1) -> 取 B[1]('d', cost=4)
    • A段落1: [2, 3],成本=2*3=6
    • B段落1: [1, 4],成本=1*4=4
    • 总成本 = 6 + 4 = 10

最小成本是 10


解题过程循序渐进讲解

这个问题的难点在于成本的计算方式:连续取自同一字符串的字符,代价需要相乘。这意味着我们需要在动态规划的状态中,记录“最后一段”是取自哪个字符串,以及这段的“累积乘积”是多少,或者更聪明地设计转移。

核心思路:我们依然可以用区间DP来判断 C 是否由 AB 交织而成,但需要扩展状态来维护成本。标准的交织判断DP状态是 dp[i][j] 表示 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符是否能交织成 C 的前 i+j 个字符。

为了计算最小成本,我们将状态定义为:
dp[i][j][k] 表示用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符,交织成 C 的前 (i+j) 个字符,且最后一段连续字符取自字符串 k 时的最小总成本。其中 k=0 表示最后一段来自 Ak=1 表示最后一段来自 B。如果无法交织,则值为无穷大 (INF)。

为什么这样定义?因为当我们新增一个字符时:

  • 如果新增的字符与最后一段来自同一个字符串,那么它扩展了最后一段,成本增加的方式是乘积(需要将之前段落的成本减去旧的段落乘积,加上新的段落乘积)。
  • 如果来自另一个字符串,那么它开启一个新段落,成本是简单加法。

直接这样计算乘积会很复杂。一个更优雅的技巧是:我们不直接存储“总成本”,而是存储一个结构体,包含:

  1. cost:当前配置下的最小总成本。
  2. last_seg_cost_A:如果最后一段来自 A,这段的乘积是多少;如果最后一段来自 B,这个值无意义(设为1)。
  3. last_seg_cost_B:如果最后一段来自 B,这段的乘积是多少;如果最后一段来自 A,这个值无意义(设为1)。

但实现起来状态转移方程会非常冗长。一个更简洁、标准的解法是采用 “分段贡献”思想 的DP。


第一步:状态定义与初始化

我们定义 dp[i][j] 表示用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符,交织成 C 的前 (i+j) 个字符的 最小总成本。注意,这里的“总成本”是在我们定义的乘法规则下的。

关键转移逻辑
当我们考虑 dp[i][j] 时,C 的第 (i+j) 个字符(即 C[i+j-1])必然来自 A[i-1]B[j-1]

  1. 如果来自 A[i-1]
    • 那么,在形成 C[0...i+j-2] 的某个最优交织方案中,它的最后一个字符可能也来自 A,也可能来自 B
    • 如果上一个字符也来自 A(即我们扩展了 A 的一个连续段落):
      假设形成 C[0...i+j-2] 的方案是 dp[i-1][j],并且它恰好也是以 A 结尾。
      那么新字符 A[i-1] 加入后,A 的这个连续段落的成本会从 old_product 变为 old_product * costA[i-1]
      总成本的变化是:(old_product * costA[i-1]) - old_product
      但是,dp[i-1][j] 里只记录了总成本,没有记录 old_product!所以我们需要额外信息。

因此,我们必须将“最后一段的乘积”纳入状态。这是此类问题的常见处理方式。

重新定义状态
dp[i][j][t],其中 t01

  • dp[i][j][0]:用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符交织成 C 的前 i+j 个字符,且最后一个字符来自 A 的最小总成本。
  • dp[i][j][1]:同上,但最后一个字符来自 B

初始化

  • dp[0][0][0] = dp[0][0][1] = 0 (空字符串,成本为0)。
  • 其他所有 dp[i][j][t] 初始化为 INF(一个很大的数,表示不可能状态)。

第二步:状态转移方程推导

我们需要填充 dp[i][j][t],其中 i0nj0m,且 i+j > 0

情况1:最后一个字符来自 A,即我们想计算 dp[i][j][0]
前提条件:i > 0C[i+j-1] == A[i-1]
这个字符 A[i-1] 是如何被加入的呢?有两种子情况:

  1. 它延续了上一个来自 A 的段落:那么上一个状态是 dp[i-1][j][0](用了 A 的前 i-1 个和 B 的前 j 个,且以 A 结尾)。
    在状态 dp[i-1][j][0] 中,其总成本已经包含了以 A[i-2] 结尾的那个段落的成本(假设是 P)。现在加入了 A[i-1],这个段落的成本变成了 P * costA[i-1]
    因此,新的总成本 = 旧总成本 - P + (P * costA[i-1])。
    但是,我们不知道 P 是多少!所以我们需要在状态里记录以当前结尾字符所在的连续段落的乘积,而不仅仅是总成本。这导致了状态的进一步扩充,变得非常复杂。

技巧点:我们可以改变计算总成本的方式。与其在状态中维护“总成本”,不如维护 “到此为止,所有已完成的段落的成本之和”
但这样还是需要知道当前活跃段落的乘积。一个经典的优化是:将乘法转化为对数的加法,但这里要求最小化乘积和,取对数后问题性质改变,并非简单求和最小化。

标准且正确的DP设计
我们定义 dp[i][j][k] 表示用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符交织成 C 的前 i+j 个字符,且最后连续取了 len 个字符来自字符串 k 时的最小总成本。其中 len 可以从 1i (如果 k=0) 或到 j (如果 k=1)。但这会使状态呈立方级,开销太大。

更优的方案:我们意识到,对于 dp[i][j][0],其值只可能从 dp[i-1][j][0]dp[i-1][j][1] 转移而来。

  • 如果从 dp[i-1][j][0] 转移(延续段落):
    dp[i][j][0] = min(dp[i][j][0], dp[i-1][j][0] - costA[i-2] + (costA[i-2] * costA[i-1]))
    等等,这不对! dp[i-1][j][0] 的总成本里包含了 costA[i-2] 所在段落的整个乘积,而不仅仅是 costA[i-2]。假设 A 中从位置 pi-2 是一个连续段落,其乘积是 Q。那么 dp[i-1][j][0] 的总成本里包含了 Q。加入 A[i-1] 后,这个段落的乘积变成 Q * costA[i-1]。所以新成本 = 旧成本 - Q + Q*costA[i-1] = 旧成本 + Q*(costA[i-1] - 1)
    我们仍然不知道 Q

突破口:我们换一种状态定义。定义 f[i][j]g[i][j]

  • f[i][j]:用 A 的前 i 个和 B 的前 j 个交织成 C 的前 i+j 个,且当前正在构建一个来自 A 的连续段落的最小总成本。这里“正在构建”意味着最后一个字符来自 A,并且这个段落可能还没结束(即下一个字符可能还来自 A)。但我们只关心到 C[i+j-1] 为止的成本。
  • g[i][j]:类似,但当前正在构建一个来自 B 的连续段落。

但这和之前的问题一样,不知道当前段落的累积乘积。

最终可行的DP方案(经过思考和归纳):
我们定义两个状态数组:

  • dpA[i][j]:用 A 的前 i 个和 B 的前 j 个交织成 C 的前 i+j 个,并且最后一段(可以长度为1)是来自 A 的一个完整段落的最小总成本。
  • dpB[i][j]:类似,最后一段来自 B

“完整段落”是什么意思?它意味着当我们处于状态 (i, j) 时,字符 C[i+j-1] 是来自 A 的,并且它要么是这一段 A 的唯一字符,要么是这一段 A 的最后一个字符(即如果它有前驱,前驱也来自 A,但当我们用 dpA[i][j] 表示时,我们认为这个段落结束了,或者说,我们在这个状态下记录了“以这个段落结束”的成本)。

那么转移方程可以这样建立:
对于 dpA[i][j] (要求 i>0C[i+j-1]==A[i-1]):
它表示我们最后取了一个来自 A 的段落,这个段落包含了 A[i-1]。这个段落可能有多长,假设它从 A[p] 开始,到 A[i-1] 结束(0 <= p <= i-1)。那么,在取这个段落之前,我们是用 A 的前 p 个和 B 的前 j 个交织成了 C 的前 p+j 个字符。而那个交织的最后一个字符可以来自 AB(即可以用 dpA[p][j]dpB[p][j] 的状态)。
因此:
dpA[i][j] = min( over p from 0 to i-1 ) {
min(dpA[p][j], dpB[p][j]) + (costA[p] * costA[p+1] * ... * costA[i-1])
}
其中 (costA[p] * ... * costA[i-1]) 就是最后这个 A 段落的成本(乘积)。
注意,当 p = i-1 时,这个段落只有一个字符,成本就是 costA[i-1]

同理,对于 dpB[i][j] (要求 j>0C[i+j-1]==B[j-1]):
dpB[i][j] = min( over q from 0 to j-1 ) {
min(dpA[i][q], dpB[i][q]) + (costB[q] * costB[q+1] * ... * costB[j-1])
}

初始化
dpA[0][0] = 0? 不对,dpA[0][0] 表示用了0个A,0个B,最后一段来自A,这是不可能的(因为没有A的字符),应该设为 INF。我们需要一个起始状态。
我们可以引入一个虚拟的“开始”状态,或者将 dpA[0][0]dpB[0][0] 视为0,但这样在转移 p=0 时,min(dpA[0][j], dpB[0][j]) 如果来自 dpA[0][0],意味着在取A段落之前是空字符串,这是合理的,成本就是那个A段落的乘积。
所以,我们初始化:
dpA[0][0] = 0, dpB[0][0] = 0。其他 dpA[i][j], dpB[i][j] 初始为 INF

但是注意,dpA[0][j] (j>0) 表示用了0个A,j个B,最后一段却是A,这不可能,所以应为 INFdpB[i][0] 同理。


第三步:算法实现与优化

直接按照上述转移,时间复杂度是 O(n^2 * m + n * m^2),对于字符串长度几百是可以接受的。我们需要预处理 AB 的代价前缀积,以便 O(1) 计算任意区间的乘积。

prodA[i] = costA[0] * costA[1] * ... * costA[i-1]prodA[0]=1
那么 costA[p] * ... * costA[i-1] = prodA[i] / prodA[p]
由于代价是正整数,除法是精确的(在编程中为避免浮点误差,我们通常用乘法:prodA[i] / prodA[p] 在整数运算下成立)。

prodB 同理。

算法步骤

  1. 检查长度:若 n + m != l,直接返回 -1
  2. 预处理 prodA, prodB
  3. 初始化 dpA, dpBINF 的二维数组,大小为 (n+1) x (m+1)
  4. 初始化 dpA[0][0] = 0, dpB[0][0] = 0
  5. 循环 i0nj0m
    • 如果 i+j == 0,继续。
    • 计算 dpA[i][j](如果 i>0C[i+j-1] == A[i-1]):
      dpA[i][j] = INF
      for p from 0 to i-1:
          if C[p+j] == A[i-1]? 不对,我们需要确保从 p 到 i-1 的字符都对应到 C 的相应位置。这里 p 是 A 的起始索引。
          实际上,这个循环的 p 表示:在取 A[p..i-1] 这个段落之前,我们已经用 A[0..p-1] 和 B[0..j] 构成了 C 的前 p+j 个字符。
          所以我们需要检查的是:A[p..i-1] 这个子串是否与 C[p+j .. i+j-1] 这个子串相等?因为我们是交织,A的字符在C中的相对顺序不变。但在这个DP中,当我们固定 i, j, p 时,C 中对应 A[p..i-1] 的位置是确定的:就是从第 (p+j+1) 个到第 (i+j) 个字符(1-based)。所以我们需要检查 A[p..i-1] 是否等于 C[p+j .. i+j-1](0-based)。
          这太复杂了,每次都要检查子串相等。但我们可以利用交织的性质:我们是从前向后构建 C 的,所以当我们尝试用 A[p..i-1] 作为最后一段时,我们必须保证对于所有 t 从 0 到 i-p-1,有 A[p+t] == C[(p+j)+t]。这可以在循环中逐步判断。
      
      这个检查使得算法更复杂。实际上,更常见的区间DP写法是采用不同的循环顺序

标准区间DP实现思路(更清晰)
我们定义 dp[i][j] 表示 将 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符交织成 C 的前 i+j 个字符的最小总成本。但在转移时,我们不是枚举段落的起点,而是考虑 最后一个字符的来源以及它是否开启新段落

我们可以增加一维 k 表示最后一个字符来自哪个字符串(0为A,1为B),但依然需要知道当前段落的累积乘积。为此,我们再增加一维 l 表示当前这个连续段落的长度(针对当前字符串)。但这样状态是 O(n * m * n) 太大。

最终,一个可行且时间复杂度可接受的方案是使用我第二次提出的 dpA/dpB 定义,但配合子串匹配的预处理
我们可以预处理一个数组 matchA[i][j],表示 A[i..j] 是否恰好匹配 C 的某个连续子串(考虑到交织,这个子串在C中的起始位置不固定,所以这个预处理不直接)。
但我们可以换个角度:在计算 dpA[i][j] 时,我们枚举段落起点 p,并同时检查piA 的字符是否依次匹配 C 中从 p+j 开始的字符。因为 C 的前 p+j 个字符由 A[0..p-1]B[0..j] 交织而成,所以 C 的第 p+j+1i+j 个字符应该就是 A[p..i-1]

因此,算法可以这样写:

for i from 0 to n:
    for j from 0 to m:
        if i+j == 0: 
            dpA[i][j] = dpB[i][j] = 0
            continue
        dpA[i][j] = INF
        if i > 0 and C[i+j-1] == A[i-1]:
            // 枚举段落起点 p
            prod = costA[i-1]
            for p from i-1 down to 0:
                // 检查 A[p..i-1] 是否连续匹配 C[p+j .. i+j-1]
                // 因为p从i-1递减,我们可以边循环边检查
                if A[p] != C[p+j]:
                    break // 一旦不匹配,更小的p也不可能匹配,因为顺序必须一致
                // 如果 p < i-1,我们还需要检查中间部分,但由于p递减,我们只检查当前字符A[p]和C[p+j]。
                // 实际上,我们需要确保对于所有 t in [p, i-1], A[t]==C[t+j]。我们可以在循环中从i-1到p检查,但这里从p到i-1检查更方便。
                // 我们换一种方式:从 p = i-1 开始,然后 p--,每次将 A[p] 加入段落。这样,我们只需要在每一步检查 A[p] == C[p+j] 即可。
                // 所以下面的循环是正确的:
                // for p from i-1 down to 0:
                //     if A[p] != C[p+j]: break
                //     // 此时段落 A[p..i-1] 是有效的
                //     base_cost = min(dpA[p][j], dpB[p][j]) // 注意,这里用的是 dpA[p][j] 和 dpB[p][j],不是 dpA[p][j] 和 dpB[p][j]
                //     seg_cost = prod // 这是 A[p..i-1] 的乘积
                //     dpA[i][j] = min(dpA[i][j], base_cost + seg_cost)
                //     if p > 0:
                //         prod *= costA[p-1] // 因为 p 向左移动,将 A[p-1] 加入乘积
                // 但注意,prod 初始应该是 costA[i-1],当 p 变成 i-2 时,我们要乘 costA[i-2],所以我们需要从 i-1 开始累积乘积。

                // 正确循环:
                prod_seg = 1
                valid = true
                for t from p to i-1:
                    if A[t] != C[t+j]:
                        valid = false
                        break
                    prod_seg *= costA[t]
                if not valid:
                    break // 因为p递减,一旦不匹配,对于更小的p,由于包含当前p,也会不匹配,所以可以break
                base = min(dpA[p][j], dpB[p][j])
                dpA[i][j] = min(dpA[i][j], base + prod_seg)

        // 类似计算 dpB[i][j],枚举 q 从 j-1 到 0,检查 B[q..j-1] 是否匹配 C[i+q .. i+j-1]

这样,对于每个 (i, j),计算 dpA 需要 O(i) 时间,dpB 需要 O(j) 时间。总时间复杂度 O(n^2 m + n m^2)。在 n, m <= 200 时可行。


第四步:最终答案与边界处理

最终,如果 CAB 的交织,那么答案应该是 min(dpA[n][m], dpB[n][m])
如果两者都是 INF,则返回 -1

示例演算
A=“ab”, B=“cd”, C=“acbd”, costA=[2,3], costB=[1,4]

  • dpA[1][0]: i=1,j=0。检查 p=0: A[0]=='a'==C[0],段落乘积=2,base=min(dpA[0][0],dpB[0][0])=0,所以 dpA[1][0]=2
  • dpB[0][1]: i=0,j=1。检查 q=0: B[0]=='c'==C[0],段落乘积=1,base=0,所以 dpB[0][1]=1
  • dpA[1][1]: i=1,j=1。C[1]=='c' != A[0],所以 dpA[1][1]=INF
  • dpB[1][1]: i=1,j=1。C[1]=='c' == B[0]? 需要检查 B[q..0] 匹配 C[1+q..1]。q只能为0:检查 B[0]=='c'==C[1]=='c',乘积=1,base=min(dpA[1][0],dpB[1][0])。dpA[1][0]=2, dpB[1][0]=INF,所以base=2。dpB[1][1]=2+1=3
  • ... 最终计算 dpA[2][2]dpB[2][2],取最小值得 10。

这个算法能够正确计算出示例的结果。

总结
这道题在经典字符串交织判断问题上,增加了复杂的段落成本乘积规则,使得状态转移需要枚举当前段落的起点,并检查字符匹配。通过定义 dpA[i][j]dpB[i][j] 为以 AB 段落结束的最小成本,并枚举该段落的起点进行转移,可以有效地解决问题。虽然时间复杂度较高,但思路清晰,体现了区间DP中处理“连续段”成本的典型方法。

好的,我注意到在您提供的已讲题目列表中,“ 带权重的字符串交织问题(加权交织) ”出现过,但其具体变体如“ 给定三个字符串的加权交织问题 ”或更精确的约束可能未被深入探讨。我将基于此构思一个更具象的题目,确保其核心在“区间DP”与“加权交织”上,且不与列表中的具体描述完全重复。 三个字符串的加权交织问题 题目描述 给定三个字符串 A 、 B 和 C ,长度分别为 n , m , l 。我们称字符串 C 是 A 和 B 的一个 交织 ,如果 C 可以通过从 A 和 B 中交替取出字符(保持各自在 A 和 B 中的原始顺序)来构造。例如,若 A = “ab” , B = “cd” ,则 “acbd” 、 “cabd” 都是有效的交织。 现在,我们为这个交织过程定义一个 成本 。每次从 A 或 B 中取出一个字符拼接到正在构建的字符串时,都会产生一个 代价 : 如果从 A 中取出字符 A[i] ,代价为 costA[i] 。 如果从 B 中取出字符 B[j] ,代价为 costB[j] 。 此外, 整个交织过程的总成本 并不是所有取字符代价的简单求和。当连续从 同一个字符串 中取出多个字符时,这些 连续字符 的代价会被 相乘 ,然后再与其他段落的代价相加。更形式化地定义: 将 A 和 B 中取出的字符序列混合成 C 的过程,自然地将 A 分成了几个连续的段落( B 同理),每个段落对应一次从该字符串连续取字符的操作。 对于一个来自 A 的连续段落,假设它包含了字符 A[p], A[p+1], ..., A[q] ,那么这个段落的成本是 costA[p] * costA[p+1] * ... * costA[q] (即这些位置代价的乘积)。 同样,对于 B 中的连续段落,成本是其对应 costB 位置代价的乘积。 整个交织 C 的总成本是 A 的所有连续段落成本与 B 的所有连续段落成本的总和。 你的任务是:判断 C 是否是 A 和 B 的一个交织,如果是,计算出构造 C 的所有可能交织方式中的 最小总成本 ;如果不是,则返回一个特定值(例如 -1 )。 输入 : 字符串 A , B , C 。 数组 costA (长度 n ), costB (长度 m )。 所有代价都是正整数。 输出 : 如果 C 不是 A 和 B 的交织,返回 -1 。 否则,返回最小总成本。 示例 : 可能的交织方式: 取 A[0]('a', cost=2) -> 取 B[0]('c', cost=1) -> 取 A[1]('b', cost=3) -> 取 B[1]('d', cost=4) 。 A段落1: [2] ,成本= 2 B段落1: [1] ,成本= 1 A段落2: [3] ,成本= 3 B段落2: [4] ,成本= 4 总成本 = 2 + 1 + 3 + 4 = 10 取 B[0]('c', cost=1) -> 取 A[0]('a', cost=2) -> 取 B[1]('d', cost=4) -> 取 A[1]('b', cost=3) 。 B段落1: [1] ,成本= 1 A段落1: [2] ,成本= 2 B段落2: [4] ,成本= 4 A段落2: [3] ,成本= 3 总成本 = 1 + 2 + 4 + 3 = 10 取 A[0]('a', cost=2) -> 取 A[1]('b', cost=3) -> 取 B[0]('c', cost=1) -> 取 B[1]('d', cost=4) 。 A段落1: [2, 3] ,成本= 2*3=6 B段落1: [1, 4] ,成本= 1*4=4 总成本 = 6 + 4 = 10 最小成本是 10 。 解题过程循序渐进讲解 这个问题的难点在于成本的计算方式: 连续取自同一字符串的字符,代价需要相乘 。这意味着我们需要在动态规划的状态中,记录“最后一段”是取自哪个字符串,以及这段的“累积乘积”是多少,或者更聪明地设计转移。 核心思路 :我们依然可以用区间DP来判断 C 是否由 A 和 B 交织而成,但需要扩展状态来维护成本。标准的交织判断DP状态是 dp[i][j] 表示 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符是否能交织成 C 的前 i+j 个字符。 为了计算最小成本,我们将状态定义为: dp[i][j][k] 表示用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符,交织成 C 的前 (i+j) 个字符,且 最后一段连续字符取自字符串 k 时的 最小总成本 。其中 k=0 表示最后一段来自 A , k=1 表示最后一段来自 B 。如果无法交织,则值为无穷大 ( INF )。 为什么这样定义?因为当我们新增一个字符时: 如果新增的字符与最后一段来自同一个字符串,那么它 扩展 了最后一段,成本增加的方式是 乘积 (需要将之前段落的成本减去旧的段落乘积,加上新的段落乘积)。 如果来自另一个字符串,那么它 开启一个新段落 ,成本是简单加法。 直接这样计算乘积会很复杂。一个更优雅的 技巧 是:我们不直接存储“总成本”,而是存储一个 结构体 ,包含: cost :当前配置下的最小总成本。 last_seg_cost_A :如果最后一段来自 A ,这段的乘积是多少;如果最后一段来自 B ,这个值无意义(设为1)。 last_seg_cost_B :如果最后一段来自 B ,这段的乘积是多少;如果最后一段来自 A ,这个值无意义(设为1)。 但实现起来状态转移方程会非常冗长。一个更简洁、标准的解法是采用 “分段贡献”思想 的DP。 第一步:状态定义与初始化 我们定义 dp[i][j] 表示用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符,交织成 C 的前 (i+j) 个字符的 最小总成本 。注意,这里的“总成本”是在我们定义的乘法规则下的。 关键转移逻辑 : 当我们考虑 dp[i][j] 时, C 的第 (i+j) 个字符(即 C[i+j-1] )必然来自 A[i-1] 或 B[j-1] 。 如果来自 A[i-1] : 那么,在形成 C[0...i+j-2] 的某个最优交织方案中,它的最后一个字符可能也来自 A ,也可能来自 B 。 如果上一个字符也来自 A (即我们扩展了 A 的一个连续段落): 假设形成 C[0...i+j-2] 的方案是 dp[i-1][j] ,并且它恰好也是以 A 结尾。 那么新字符 A[i-1] 加入后, A 的这个连续段落的成本会从 old_product 变为 old_product * costA[i-1] 。 总成本的变化是: (old_product * costA[i-1]) - old_product 。 但是, dp[i-1][j] 里只记录了总成本,没有记录 old_product !所以我们需要额外信息。 因此,我们必须将“最后一段的乘积”纳入状态 。这是此类问题的常见处理方式。 重新定义状态 : dp[i][j][t] ,其中 t 取 0 或 1 。 dp[i][j][0] :用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符交织成 C 的前 i+j 个字符,且 最后一个字符来自 A 的最小总成本。 dp[i][j][1] :同上,但最后一个字符来自 B 。 初始化 : dp[0][0][0] = dp[0][0][1] = 0 (空字符串,成本为0)。 其他所有 dp[i][j][t] 初始化为 INF (一个很大的数,表示不可能状态)。 第二步:状态转移方程推导 我们需要填充 dp[i][j][t] ,其中 i 从 0 到 n , j 从 0 到 m ,且 i+j > 0 。 情况1:最后一个字符来自 A ,即我们想计算 dp[i][j][0] 。 前提条件: i > 0 且 C[i+j-1] == A[i-1] 。 这个字符 A[i-1] 是如何被加入的呢?有两种子情况: 它延续了上一个来自 A 的段落 :那么上一个状态是 dp[i-1][j][0] (用了 A 的前 i-1 个和 B 的前 j 个,且以 A 结尾)。 在状态 dp[i-1][j][0] 中,其总成本已经包含了以 A[i-2] 结尾的那个段落的成本(假设是 P )。现在加入了 A[i-1] ,这个段落的成本变成了 P * costA[i-1] 。 因此,新的总成本 = 旧总成本 - P + ( P * costA[i-1] )。 但是,我们不知道 P 是多少!所以我们需要在状态里记录 以当前结尾字符所在的连续段落的乘积 ,而不仅仅是总成本。这导致了状态的进一步扩充,变得非常复杂。 技巧点 :我们可以改变计算总成本的方式。与其在状态中维护“总成本”,不如维护 “到此为止,所有已完成的段落的成本之和” 。 但这样还是需要知道当前活跃段落的乘积。一个经典的优化是: 将乘法转化为对数的加法 ,但这里要求最小化乘积和,取对数后问题性质改变,并非简单求和最小化。 标准且正确的DP设计 : 我们定义 dp[i][j][k] 表示用 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符交织成 C 的前 i+j 个字符,且 最后连续取了 len 个字符来自字符串 k 时的最小总成本。其中 len 可以从 1 到 i (如果 k=0 ) 或到 j (如果 k=1 )。但这会使状态呈立方级,开销太大。 更优的方案 :我们意识到,对于 dp[i][j][0] ,其值只可能从 dp[i-1][j][0] 或 dp[i-1][j][1] 转移而来。 如果从 dp[i-1][j][0] 转移(延续段落): dp[i][j][0] = min(dp[i][j][0], dp[i-1][j][0] - costA[i-2] + (costA[i-2] * costA[i-1])) 等等,这不对! dp[i-1][j][0] 的总成本里包含了 costA[i-2] 所在段落的 整个乘积 ,而不仅仅是 costA[i-2] 。假设 A 中从位置 p 到 i-2 是一个连续段落,其乘积是 Q 。那么 dp[i-1][j][0] 的总成本里包含了 Q 。加入 A[i-1] 后,这个段落的乘积变成 Q * costA[i-1] 。所以新成本 = 旧成本 - Q + Q*costA[i-1] = 旧成本 + Q*(costA[i-1] - 1) 。 我们仍然不知道 Q 。 突破口 :我们换一种状态定义。定义 f[i][j] 和 g[i][j] 。 f[i][j] :用 A 的前 i 个和 B 的前 j 个交织成 C 的前 i+j 个,且 当前正在构建一个来自 A 的连续段落 的最小总成本。这里“正在构建”意味着最后一个字符来自 A ,并且这个段落 可能还没结束 (即下一个字符可能还来自 A )。但我们只关心到 C[i+j-1] 为止的成本。 g[i][j] :类似,但当前正在构建一个来自 B 的连续段落。 但这和之前的问题一样,不知道当前段落的累积乘积。 最终可行的DP方案 (经过思考和归纳): 我们定义两个状态数组: dpA[i][j] :用 A 的前 i 个和 B 的前 j 个交织成 C 的前 i+j 个,并且 最后一段(可以长度为1)是来自 A 的一个完整段落 的最小总成本。 dpB[i][j] :类似,最后一段来自 B 。 “完整段落”是什么意思?它意味着当我们处于状态 (i, j) 时,字符 C[i+j-1] 是来自 A 的,并且它要么是这一段 A 的唯一字符,要么是这一段 A 的最后一个字符(即如果它有前驱,前驱也来自 A ,但当我们用 dpA[i][j] 表示时,我们认为这个段落结束了,或者说,我们在这个状态下记录了“以这个段落结束”的成本)。 那么转移方程可以这样建立: 对于 dpA[i][j] (要求 i>0 且 C[i+j-1]==A[i-1] ): 它表示我们最后取了一个来自 A 的段落,这个段落包含了 A[i-1] 。这个段落可能有多长,假设它从 A[p] 开始,到 A[i-1] 结束( 0 <= p <= i-1 )。那么,在取这个段落之前,我们是用 A 的前 p 个和 B 的前 j 个交织成了 C 的前 p+j 个字符。而那个交织的最后一个字符可以来自 A 或 B (即可以用 dpA[p][j] 或 dpB[p][j] 的状态)。 因此: dpA[i][j] = min( over p from 0 to i-1 ) { min(dpA[p][j], dpB[p][j]) + (costA[p] * costA[p+1] * ... * costA[i-1]) } 其中 (costA[p] * ... * costA[i-1]) 就是最后这个 A 段落的成本(乘积)。 注意,当 p = i-1 时,这个段落只有一个字符,成本就是 costA[i-1] 。 同理,对于 dpB[i][j] (要求 j>0 且 C[i+j-1]==B[j-1] ): dpB[i][j] = min( over q from 0 to j-1 ) { min(dpA[i][q], dpB[i][q]) + (costB[q] * costB[q+1] * ... * costB[j-1]) } 初始化 : dpA[0][0] = 0 ? 不对, dpA[0][0] 表示用了0个A,0个B,最后一段来自A,这是不可能的(因为没有A的字符),应该设为 INF 。我们需要一个起始状态。 我们可以引入一个虚拟的“开始”状态,或者将 dpA[0][0] 和 dpB[0][0] 视为0,但这样在转移 p=0 时, min(dpA[0][j], dpB[0][j]) 如果来自 dpA[0][0] ,意味着在取A段落之前是空字符串,这是合理的,成本就是那个A段落的乘积。 所以,我们初始化: dpA[0][0] = 0, dpB[0][0] = 0 。其他 dpA[i][j], dpB[i][j] 初始为 INF 。 但是注意, dpA[0][j] (j>0) 表示用了0个A,j个B,最后一段却是A,这不可能,所以应为 INF 。 dpB[i][0] 同理。 第三步:算法实现与优化 直接按照上述转移,时间复杂度是 O(n^2 * m + n * m^2),对于字符串长度几百是可以接受的。我们需要预处理 A 和 B 的代价前缀积,以便 O(1) 计算任意区间的乘积。 设 prodA[i] = costA[0] * costA[1] * ... * costA[i-1] , prodA[0]=1 。 那么 costA[p] * ... * costA[i-1] = prodA[i] / prodA[p] 。 由于代价是正整数,除法是精确的(在编程中为避免浮点误差,我们通常用乘法: prodA[i] / prodA[p] 在整数运算下成立)。 prodB 同理。 算法步骤 : 检查长度:若 n + m != l ,直接返回 -1 。 预处理 prodA , prodB 。 初始化 dpA , dpB 为 INF 的二维数组,大小为 (n+1) x (m+1) 。 初始化 dpA[0][0] = 0 , dpB[0][0] = 0 。 循环 i 从 0 到 n , j 从 0 到 m : 如果 i+j == 0 ,继续。 计算 dpA[i][j] (如果 i>0 且 C[i+j-1] == A[i-1] ): 这个检查使得算法更复杂。 实际上,更常见的区间DP写法是采用不同的循环顺序 。 标准区间DP实现思路(更清晰) : 我们定义 dp[i][j] 表示 将 A 的前 i 个字符和 B 的前 j 个字符交织成 C 的前 i+j 个字符的最小总成本 。但在转移时,我们不是枚举段落的起点,而是考虑 最后一个字符的来源以及它是否开启新段落 。 我们可以增加一维 k 表示最后一个字符来自哪个字符串(0为A,1为B),但依然需要知道当前段落的累积乘积。为此,我们再增加一维 l 表示当前这个连续段落的长度(针对当前字符串)。但这样状态是 O(n * m * n) 太大。 最终,一个可行且时间复杂度可接受的方案是使用我第二次提出的 dpA / dpB 定义,但配合子串匹配的预处理 。 我们可以预处理一个数组 matchA[i][j] ,表示 A[i..j] 是否恰好匹配 C 的某个连续子串(考虑到交织,这个子串在C中的起始位置不固定,所以这个预处理不直接)。 但我们可以换个角度:在计算 dpA[i][j] 时,我们枚举段落起点 p ,并 同时检查 从 p 到 i 的 A 的字符是否依次匹配 C 中从 p+j 开始的字符。因为 C 的前 p+j 个字符由 A[0..p-1] 和 B[0..j] 交织而成,所以 C 的第 p+j+1 到 i+j 个字符应该就是 A[p..i-1] 。 因此,算法可以这样写: 这样,对于每个 (i, j) ,计算 dpA 需要 O(i) 时间, dpB 需要 O(j) 时间。总时间复杂度 O(n^2 m + n m^2)。在 n, m <= 200 时可行。 第四步:最终答案与边界处理 最终,如果 C 是 A 和 B 的交织,那么答案应该是 min(dpA[n][m], dpB[n][m]) 。 如果两者都是 INF ,则返回 -1 。 示例演算 : A=“ab”, B=“cd”, C=“acbd”, costA=[2,3], costB=[1,4] 。 dpA[1][0] : i=1,j=0。检查 p=0: A[ 0]=='a'==C[ 0],段落乘积=2,base=min(dpA[ 0][ 0],dpB[ 0][ 0])=0,所以 dpA[1][0]=2 。 dpB[0][1] : i=0,j=1。检查 q=0: B[ 0]=='c'==C[ 0],段落乘积=1,base=0,所以 dpB[0][1]=1 。 dpA[1][1] : i=1,j=1。C[ 1]=='c' != A[ 0],所以 dpA[1][1]=INF 。 dpB[1][1] : i=1,j=1。C[ 1]=='c' == B[ 0]? 需要检查 B[ q..0] 匹配 C[ 1+q..1]。q只能为0:检查 B[ 0]=='c'==C[ 1]=='c',乘积=1,base=min(dpA[ 1][ 0],dpB[ 1][ 0])。dpA[ 1][ 0]=2, dpB[ 1][ 0]=INF,所以base=2。 dpB[1][1]=2+1=3 。 ... 最终计算 dpA[2][2] 和 dpB[2][2] ,取最小值得 10。 这个算法能够正确计算出示例的结果。 总结 : 这道题在经典字符串交织判断问题上,增加了复杂的段落成本乘积规则,使得状态转移需要枚举当前段落的起点,并检查字符匹配。通过定义 dpA[i][j] 和 dpB[i][j] 为以 A 或 B 段落结束的最小成本,并枚举该段落的起点进行转移,可以有效地解决问题。虽然时间复杂度较高,但思路清晰,体现了区间DP中处理“连续段”成本的典型方法。