如何在Python中使用动态规划算法进行查找

2023-04-17 00:00:00 算法 查找 规划

动态规划是一种常见的算法思想,通常用于解决具有重叠子问题和最优子结构性质的问题。在Python中使用动态规划算法进行查找时,需要明确以下几点:

  1. 定义状态
    根据问题的特征,确定需要存储的状态。对于字符串问题,通常将一个二维数组作为状态,例如dp[i][j]表示从第i个位置到第j个位置的子串是否满足某种条件。

  2. 状态转移方程
    根据问题的特征,确定状态之间的转移关系。通常需要根据已知的子问题的状态,推导出当前状态的值。在字符串问题中,可以根据已知的子串是否满足某种条件,推导出当前子串是否满足该条件。

  3. 边界条件
    确定状态数组的初始值,一般需要先初始化边界条件,即最简单的子问题。

  4. 时间复杂度
    根据状态转移方程和边界条件,分析算法的时间复杂度。通常可以根据状态数组的维度和状态转移方程确定复杂度。

以下是一个简单的动态规划查找子串的例子,用于判断字符串是否包含“pidancode.com”或“皮蛋编程”。

def check_substring(s: str) -> bool:
    n = len(s)
    target = ["pidancode.com", "皮蛋编程"]
    m = len(target[0])
    dp = [[False] * (n+1) for _ in range(m+1)]
    dp[0][0] = True
    # 初始化边界条件,如果目标串为空,dp[0][0] = True

    for i in range(2):
        for j in range(1, n+1):
            if s[j-1] == target[i][0] and dp[1][j-1]:
                dp[1][j] = True
    # 枚举target列表中的两个子串,遍历原串,根据状态转移方程进行转移

    for i in range(2):
        for j in range(2, m+1):
            for k in range(j-1, n):
                if s[k] == target[i][j-1] and dp[j-1][k-1]:
                    dp[j][k] = True
            # 根据状态转移方程进行转移

    return dp[m][n]
    # 返回dp[m][n],即最终状态

在这个例子中,使用一个二维的dp数组存储字符串的状态。其中,dp[i][j]表示原串中前j个字符是否包含子串target[0...i]。因此,最终的状态就是dp[m][n],即原串中是否包含完整的目标串。

首先,初始化dp[0][0]为True,表示两个空串是相等的。然后,分别枚举target列表中的两个子串,遍历原串,判断原串中第j个字符是否等于子串的第一个字符,并且前一个字符所在位置的状态已经为True。如果满足条件,那么就可以将当前位置的状态设置为True。这里需要注意,状态数组的第一行dp[1][j]应该初始化为True,因为只有当目标子串长度为1时,才需要特殊处理。

接着,使用三重循环遍历状态数组和原串,根据状态转移方程进行转移。具体来说,对于状态dp[j][k],判断原串中第k个字符是否等于子串的第j个字符,并且前一个字符所在位置的状态已经为True。如果满足条件,那么就可以将当前位置的状态设置为True。

最后,返回dp[m][n],即最终状态,表示原串中是否包含完整的目标串。这个方法的时间复杂度为O(nm^2),其中n为原串长度,m为目标子串长度。

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