题目解析
这道题目的核心是如何通过编辑字符串,让其包含最多的 "UCC" 子串,同时保证编辑次数不超过给定的限制 𝑚 m。听起来很复杂,但可以一步步拆解问题:
编辑距离的理解:
编辑距离表示将一个字符串变成另一个字符串所需的最小操作次数,包括插入、删除和替换。对于本题,我们需要通过这些操作,使得字符串中尽可能多次匹配 "UCC"。
子串的匹配:
假如字符串是 "UCUUCCCCC",我们观察到多个 "UCC" 的出现位置,但要注意:允许对原字符串进行少量修改。这些修改既能补充缺少的字符,也能修正错误的字符,从而增加 "UCC" 的数量。
动态规划的思路:
将问题拆分为两部分:
从某个位置开始,匹配 "UCC" 需要的最少编辑次数(局部优化)。 在全局范围内计算最多的 "UCC" 子串数量(全局优化)。 适合初学者的分步思路 逐步理解局部匹配: 设想如果从字符串中的某个位置开始,如何通过插入或替换字符使得 "UCC" 能够完整出现? 逐步累加结果: 一旦在某个位置完成匹配,如何将这个结果记录下来并继续向后处理? 通过逐步拆解和解决这些小问题,我们最终就能完成全局优化。
代码详解
以下是针对初学者的分步代码解释:
局部匹配:
计算从某位置开始,匹配 "UCC" 的最小编辑距离
dp_match[0][0] = 0 # 初始状态:未匹配时的编辑距离为 0
for p in range(4): # 匹配进度:从 "" 到 "U" 到 "UC" 到 "UCC"
for q in range(max_len + 1): # 遍历当前匹配的长度
if dp_match[p][q] > m: # 超过限制,跳过
continue
# 替换或保留当前字符
if p < 3 and q < max_len:
cost = 0 if s[i + q] == 'UCC'[p] else 1 # 替换代价:字符相同代价为 0,否则为 1
dp_match[p + 1][q + 1] = min(dp_match[p + 1][q + 1], dp_match[p][q] + cost)
# 插入和删除操作
dp_match[p + 1][q] = min(dp_match[p + 1][q], dp_match[p][q] + 1) # 插入
dp_match[p][q + 1] = min(dp_match[p][q + 1], dp_match[p][q] + 1) # 删除
思考:
为什么需要记录替换、插入、删除的代价?因为每种操作都会改变字符串,我们需要找出代价最小的路径。 为方便寻找路径,可以将这部分代码拆分为多个小函数,逐步调试和理解,比如单独测试替换操作是否正确。 全局优化:累计最多的 "UCC" 子串
思考:
for e in range(m + 1):
if dp[i][e] == -1:
continue
dp[i + 1][e] = max(dp[i + 1][e], dp[i][e]) # 保留当前字符
if e + 1 <= m: # 删除当前字符
dp[i + 1][e + 1] = max(dp[i + 1][e + 1], dp[i][e])
for c, l in match_info[i]: # 尝试匹配 "UCC"
if e + c <= m and i + l <= n:
dp[i + l][e + c] = max(dp[i + l][e + c], dp[i][e] + 1)
为什么需要遍历所有编辑距离的情况?因为每种编辑操作可能会影响后续的匹配结果,必须全面记录。 所以可以打印中间结果(如 dp 数组),观察每次操作如何改变状态。
知识总结
动态规划的核心思想:
分解问题: 将一个复杂问题分解为多个小问题,逐步解决。 状态记录: 使用二维数组 dp 来记录状态的转移。 寻找最优解: 每次选择代价最小的路径,最终获得全局最优解。
学习建议:
从小问题入手: 先练习简单的编辑距离问题,例如计算将 "kitten" 转换为 "sitting" 的最小操作次数。 多画图分析: 动态规划的状态转移过程可以用图解帮助理解。例如,画出每个字符的匹配路径,以及对应的编辑操作。
学习计划
每日任务: 每天刷 1-2 道字符串匹配相关的题目,理解字符串的操作方式。 挑战豆包MarsCode AI题库中的动态规划题,逐步提高难度。 错题复盘: 记录自己出错的题目,分析为什么转移方程写错或者未覆盖某些特殊情况。 针对特定问题类型(如编辑距离、最长公共子序列)集中练习,强化理解。
工具运用
利用AI题解功能: 要善于利用豆包MarsCode的 AI 功能,快速获得每道题的解析过程,并对比自己的思路。 结合其他资源: 使用在线可视化工具(如动态规划演示网站)观察算法的执行过程。 阅读类似题目的讨论区,总结其他人优化代码的技巧。