题目二:
思路
编辑距离终于来了,这道题目如果大家没有了解动态规划的话,会感觉超级复杂。
编辑距离是用动规来解决的经典题目,这道题目看上去好像很复杂,但用动规可以很巧妙的算出最少编辑距离。
接下来我依然使用动规五部曲,对本题做一个详细的分析:
#1. 确定dp数组(dp table)以及下标的含义
dp[i][j] 表示以下标i-1为结尾的字符串word1,和以下标j-1为结尾的字符串word2,最近编辑距离为dp[i][j] 。
这里在强调一下:为啥要表示下标i-1为结尾的字符串呢,为啥不表示下标i为结尾的字符串呢?
用i来表示也可以! 但我统一以下标i-1为结尾的字符串,在下面的递归公式中会容易理解一点。
#2. 确定递推公式
在确定递推公式的时候,首先要考虑清楚编辑的几种操作,整理如下:
if (word1[i - 1] == word2[j - 1])
不操作
if (word1[i - 1] != word2[j - 1])
增
删
换
也就是如上4种情况。
if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) 那么说明不用任何编辑,dp[i][j] 就应该是 dp[i - 1][j - 1],即dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
此时可能有同学有点不明白,为啥要即dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]呢?
那么就在回顾上面讲过的dp[i][j]的定义,word1[i - 1] 与 word2[j - 1]相等了,那么就不用编辑了,以下标i-2为结尾的字符串word1和以下标j-2为结尾的字符串word2的最近编辑距离dp[i - 1][j - 1]就是 dp[i][j]了。
在下面的讲解中,如果哪里看不懂,就回想一下dp[i][j]的定义,就明白了。
在整个动规的过程中,最为关键就是正确理解dp[i][j]的定义!
if (word1[i - 1] != word2[j - 1]),此时就需要编辑了,如何编辑呢?
- 操作一:word1删除一个元素,那么就是以下标i - 2为结尾的word1 与 j-1为结尾的word2的最近编辑距离 再加上一个操作。
即 dp[i][j] = dp[i - 1][j] + 1;
- 操作二:word2删除一个元素,那么就是以下标i - 1为结尾的word1 与 j-2为结尾的word2的最近编辑距离 再加上一个操作。
即 dp[i][j] = dp[i][j - 1] + 1;
这里有同学发现了,怎么都是删除元素,添加元素去哪了。
word2添加一个元素,相当于word1删除一个元素,例如 word1 = "ad" ,word2 = "a",word1删除元素'd' 和 word2添加一个元素'd',变成word1="a", word2="ad", 最终的操作数是一样! dp数组如下图所示意的:
a a d
+-----+-----+ +-----+-----+-----+
| 0 | 1 | | 0 | 1 | 2 |
+-----+-----+ ===> +-----+-----+-----+
a | 1 | 0 | a | 1 | 0 | 1 |
+-----+-----+ +-----+-----+-----+
d | 2 | 1 |
+-----+-----+
操作三:替换元素,word1替换word1[i - 1],使其与word2[j - 1]相同,此时不用增加元素,那么以下标i-2为结尾的word1 与 j-2为结尾的word2的最近编辑距离 加上一个替换元素的操作。
即 dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1;
综上,当 if (word1[i - 1] != word2[j - 1]) 时取最小的,即:dp[i][j] = min({dp[i - 1][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]}) + 1;
递归公式代码如下:
if (word1[i - 1] == word2[j - 1]) {
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
}
else {
dp[i][j] = Math.min({dp[i - 1][j - 1], dp[i - 1][j], dp[i][j - 1]}) + 1;
}
#3. dp数组如何初始化
再回顾一下dp[i][j]的定义:
dp[i][j] 表示以下标i-1为结尾的字符串word1,和以下标j-1为结尾的字符串word2,最近编辑距离为dp[i][j] 。
那么dp[i][0] 和 dp[0][j] 表示什么呢?
dp[i][0] :以下标i-1为结尾的字符串word1,和空字符串word2,最近编辑距离为dp[i][0]。
那么dp[i][0]就应该是i,对word1里的元素全部做删除操作,即:dp[i][0] = i;
同理dp[0][j] = j;
所以JS代码如下:
for(let i = 1; i <= word1.length; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for(let j = 1; j <= word2.length; j++) {
dp[0][j] = j;
}
#4. 确定遍历顺序
从如下四个递推公式:
dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1] + 1dp[i][j] = dp[i][j - 1] + 1dp[i][j] = dp[i - 1][j] + 1
可以看出dp[i][j]是依赖左方,上方和左上方元素的,如图:
所以在dp矩阵中一定是从左到右从上到下去遍历。
代码如下:
for(let i = 1; i <= word1.length; i++) {
for(let j = 1; j <= word2.length; j++) {
if(word1[i-1] === word2[j-1]) {
dp[i][j] = dp[i-1][j-1];
} else {
dp[i][j] = Math.min(dp[i-1][j] + 1, dp[i][j-1] + 1, dp[i-1][j-1] + 1);
}
}
}
#5. 举例推导dp数组
以示例1为例,输入:word1 = "horse", word2 = "ros"为例,dp矩阵状态图如下:
以上动规五部分析完毕,JS代码如下:
const minDistance = (word1, word2) => {
let dp = Array.from(Array(word1.length + 1), () => Array(word2.length+1).fill(0));
for(let i = 1; i <= word1.length; i++) {
dp[i][0] = i;
}
for(let j = 1; j <= word2.length; j++) {
dp[0][j] = j;
}
for(let i = 1; i <= word1.length; i++) {
for(let j = 1; j <= word2.length; j++) {
if(word1[i-1] === word2[j-1]) {
dp[i][j] = dp[i-1][j-1];
} else {
dp[i][j] = Math.min(dp[i-1][j] + 1, dp[i][j-1] + 1, dp[i-1][j-1] + 1);
}
}
}
return dp[word1.length][word2.length];
};