最长回文子串

简介: 给定字符串s,寻找其中最长的回文子串。通过动态规划解决,使用二维数组dp记录子串是否为回文,状态转移方程基于子串两端字符相同及内部子串是否回文。初始条件为单字符和双字符子串的判断。时间复杂度和空间复杂度均为O(n^2)。

给定一个字符串 s,找到 s 中最长的回文子串。你可以假设 s 的最大长度为 1000。

示例 1:

输入: "babad"
输出: "bab"
注意: "aba" 也是一个有效答案。
示例 2:

输入: "cbbd"
输出: "bb"

方法一:动态规划
思路与算法

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 \textrm{ ababa''}“ababa”,如果我们已经知道 \textrm{ bab''}“bab” 是回文串,那么 \textrm{ ababa''}“ababa” 一定是回文串,这是因为它的首尾两个字母都是 \textrm{ a''}“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)P(i,j) 表示字符串 ss 的第 ii 到 jj 个字母组成的串(下文表示成 s[i:j]s[i:j])是否为回文串:

P(i,j) = \begin{cases} \text{true,} &\quad\text{如果子串~} S_i \dots S_j \text{~是回文串}\ \text{false,} &\quad\text{其它情况} \end{cases}
P(i,j)={
true,
false,

如果子串 S
i

…S
j

是回文串
其它情况

这里的「其它情况」包含两种可能性:

s[i, j]s[i,j] 本身不是一个回文串;

i > ji>j,此时 s[i, j]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:

P(i, j) = P(i+1, j-1) \wedge (S_i == S_j)
P(i,j)=P(i+1,j−1)∧(S
i

==S
j

)

也就是说,只有 s[i+1:j-1]s[i+1:j−1] 是回文串,并且 ss 的第 ii 和 jj 个字母相同时,s[i:j]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 22 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 11 或 22。对于长度为 11 的子串,它显然是个回文串;对于长度为 22 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:

\begin{cases} P(i, i) = \text{true} \ P(i, i+1) = ( Si == S{i+1} ) \end{cases}
{
P(i,i)=true
P(i,i+1)=(S
i

==S
i+1

)

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) = \text{true}P(i,j)=true 中 j-i+1j−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。

class Solution {
public String longestPalindrome(String s) {
int n = s.length();
boolean[][] dp = new boolean[n][n];
String ans = "";
for (int l = 0; l < n; ++l) {
for (int i = 0; i + l < n; ++i) {
int j = i + l;
if (l == 0) {
dp[i][j] = true;
} else if (l == 1) {
dp[i][j] = (s.charAt(i) == s.charAt(j));
} else {
dp[i][j] = (s.charAt(i) == s.charAt(j) && dp[i + 1][j - 1]);
}
if (dp[i][j] && l + 1 > ans.length()) {
ans = s.substring(i, i + l + 1);
}
}
}
return ans;
}
}
复杂度分析
时间复杂度:O(n^2)O(n
● 其中 nn 是字符串的长度。动态规划的状态总数为 O(n^2)O(n
● 对于每个状态,我们需要转移的时间为 O(1)O(1)。

空间复杂度:O(n^2)O(n
● 即存储动态规划状态需要的空间。
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