讀完本文,你可以去力扣拿下如下題目:
5.最長迴文子串
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迴文串是面試常常遇到的問題(雖然問題本身沒啥意義),本文就告訴你迴文串問題的核心思想是什麼。
首先,明確一下什:迴文串就是正著讀和反著讀都一樣的字串。
比如說字串 aba 和 abba 都是迴文串,因為它們對稱,反過來還是和本身一樣。反之,字串 abac 就不是迴文串。
可以看到迴文串的的長度可能是奇數,也可能是偶數,這就添加了迴文串問題的難度,解決該類問題的核心是雙指標。下面就透過一道最長迴文子串的問題來具體理解一下回文串問題:
string longestPalindrome(string s) {}
一、思考
對於這個問題,我們首先應該思考的是,給一個字串 s,如何在 s 中找到一個迴文子串?
有一個很有趣的思路:既然迴文串是一個正著反著讀都一樣的字串,那麼如果我們把 s 反轉,稱為 s',然後在 s 和 s' 中尋找最長公共子串,這樣應該就能找到最長迴文子串。
比如說字串 abacd,反過來是 dcaba,它的最長公共子串是 aba,也就是最長迴文子串。
但是這個思路是錯誤的,比如說字串 aacxycaa,反轉之後是 aacyxcaa,最長公共子串是 aac,但是最長迴文子串應該是 aa。
雖然這個思路不正確,但是這種把問題轉化為其他形式的思考方式是非常值得提倡的。
下面,就來說一下正確的思路,如何使用雙指標。
尋找回文串的問題核心思想是:從中間開始向兩邊擴散來判斷迴文串。對於最長迴文子串,就是這個意思:
for 0 <= i < len(s): 找到以 s[i] 為中心的迴文串 更新答案
但是呢,我們剛才也說了,迴文串的長度可能是奇數也可能是偶數,如果是 abba這種情況,沒有一箇中心字元,上面的演算法就沒轍了。所以我們可以修改一下:
for 0 <= i < len(s): 找到以 s[i] 為中心的迴文串 找到以 s[i] 和 s[i+1] 為中心的迴文串 更新答案
PS:讀者可能發現這裡的索引會越界,等會會處理。
二、程式碼實現按照上面的思路,先要實現一個函式來尋找最長迴文串,這個函式是有點技巧的:
string palindrome(string& s, int l, int r) { // 防止索引越界 while (l >= 0 && r < s.size() && s[l] == s[r]) { // 向兩邊展開 l--; r++; } // 返回以 s[l] 和 s[r] 為中心的最長迴文串 return s.substr(l + 1, r - l - 1);}
為什麼要傳入兩個指標 l 和 r 呢?因為這樣實現可以同時處理迴文串長度為奇數和偶數的情況:
for 0 <= i < len(s): # 找到以 s[i] 為中心的迴文串 palindrome(s, i, i) # 找到以 s[i] 和 s[i+1] 為中心的迴文串 palindrome(s, i, i + 1) 更新答案
下面看下 longestPalindrome 的完整程式碼:
string longestPalindrome(string s) { string res; for (int i = 0; i < s.size(); i++) { // 以 s[i] 為中心的最長迴文子串 string s1 = palindrome(s, i, i); // 以 s[i] 和 s[i+1] 為中心的最長迴文子串 string s2 = palindrome(s, i, i + 1); // res = longest(res, s1, s2) res = res.size() > s1.size() ? res : s1; res = res.size() > s2.size() ? res : s2; } return res;}
至此,這道最長迴文子串的問題就解決了,時間複雜度 O(N^2),空間複雜度 O(1)。
樣,但是空間複雜度至少要 O(N^2) 來儲存 DP table。這道題是少有的動態規劃非最優解法的問題。
另外,這個問題還有一個巧妙的解法,時間複雜度只需要 O(N),不過該解法比較複雜,我個人認為沒必要掌握。該演算法的名字叫 Manacher's Algorithm(馬拉車演算法),有興趣的讀者可以自行搜尋一下。