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最长回文子串——Leetcode5

最长回文子串——Leetcode5

题目描述

给你一个字符串 s,找到 s 中最长的回文子串。

示例 1:

输入:s = "babad"
输出:"bab"
解释:"aba" 同样是符合题意的答案。

示例 2:

输入:s = "cbbd"
输出:"bb"

示例 3:

输入:s = "a"
输出:"a"

示例 4:

输入:s = "ac"
输出:"a"

提示:

1 <= s.length <= 1000
s 仅由数字和英文字母(大写和/或小写)组成

解题

解题思路

对于一个子串而言,如果它是回文串,并且长度大于 22,那么将它首尾的两个字母去除之后,它仍然是个回文串。例如对于字符串“ababa”,如果我们已经知道 “bab” 是回文串,那么“ababa” 一定是回文串,这是因为它的首尾两个字母都是“a”。

根据这样的思路,我们就可以用动态规划的方法解决本题。我们用 P(i,j)表示字符串 s 的第 i 到 j 个字母组成的串(下文表示成 s[i:j])是否为回文串:如果字符串s从i到j是回文串,那么P(i,j)= true,否则为P(i,j)= true

这里的「否」包含两种可能性:

  • s[i,j] 本身不是一个回文串;

  • i>j,此时 s[i,j] 本身不合法。

那么我们就可以写出动态规划的状态转移方程:

状态转移方程

也就是说,只有 s[i+1:j−1]是回文串,并且 s 的第ij 个字母相同时,s[i:j] 才会是回文串。

上文的所有讨论是建立在子串长度大于 2 的前提之上的,我们还需要考虑动态规划中的边界条件,即子串的长度为 1 或 2。

  • 对于长度为 1 的子串,它显然是个回文串;

  • 对于长度为 2 的子串,只要它的两个字母相同,它就是一个回文串。

因此我们就可以写出动态规划的边界条件:

边界条件

根据这个思路,我们就可以完成动态规划了,最终的答案即为所有P(i, j) = truej−i+1(即子串长度)的最大值。注意:在状态转移方程中,我们是从长度较短的字符串向长度较长的字符串进行转移的,因此一定要注意动态规划的循环顺序。

代码实现

public class Solution {
    public String longestPalindrome(String s) {
        int len = s.length();
        if (len < 2) {
            return s;
        }

        int maxLen = 1;
        int begin = 0;
        // dp[i][j] 表示 s[i..j] 是否是回文串
        boolean[][] dp = new boolean[len][len];
        // 初始化:所有长度为 1 的子串都是回文串
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            dp[i][i] = true;
        }

        char[] charArray = s.toCharArray();
        // 递推开始
        // 先枚举子串长度
        for (int L = 2; L <= len; L++) {
            // 枚举左边界,左边界的上限设置可以宽松一些
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                // 由 L 和 i 可以确定右边界,即 j - i + 1 = L 得
                int j = L + i - 1;
                // 如果右边界越界,就可以退出当前循环
                if (j >= len) {
                    break;
                }

                if (charArray[i] != charArray[j]) {
                    dp[i][j] = false;
                } else {
                    if (j - i < 3) {
                        dp[i][j] = true;
                    } else {
                        dp[i][j] = dp[i + 1][j - 1];
                    }
                }

                // 只要 dp[i][L] == true 成立,就表示子串 s[i..L] 是回文,此时记录回文长度和起始位置
                if (dp[i][j] && j - i + 1 > maxLen) {
                    maxLen = j - i + 1;
                    begin = i;
                }
            }
        }
        return s.substring(begin, begin + maxLen);
    }
}

复杂度分析

时间复杂度:O(n^2)其中 n 是字符串的长度。动态规划的状态总数为 O(n^2)对于每个状态,我们需要转移的时间为 O(1)

空间复杂度:O(n^2),即存储动态规划状态需要的空间。

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