基本概念

科普下,最长公共子序列(🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图1)和最长公共子串(🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图2)不是一回事儿。

什么是子序列、子串呢?
🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图3

解回文子串:暴力搜索

根据回文子串的定义,枚举所有长度大于等于 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图4 的子串,依次判断它们是否是回文。

在具体实现时,可以只针对大于 “当前得到的最长回文子串长度” 的子串进行 “回文验证”

我的代码 [子串长度、具体子串]

  1. public class Solution {
  2. public String longestPalindrome(String s) {
  3. int len = s.length();
  4. if (len < 2) return s;
  5. int maxLen = 1;
  6. String res = s.substring(0, 1);
  7. // 枚举所有长度大于等于 2 的子串
  8. for (int i = 0; i < len - 1; i++) {
  9. for (int j = i + maxLen; j < len; j++) {
  10. if (valid(s, i, j)) {
  11. maxLen = j - i + 1;
  12. //截取[i,j+1)
  13. res = s.substring(i, j + 1);
  14. }
  15. }
  16. }
  17. return res;
  18. }
  19. private boolean valid(String s, int left, int right) {
  20. // 验证子串 s[left, right] 是否为回文串
  21. while (left < right) {
  22. if (s.charAt(left) != s.charAt(right)) {
  23. return false;
  24. }
  25. left++;right--;
  26. }
  27. return true;
  28. }
  29. }

解回文子串:动态规划

  1. 一个字符一定是回文串
  2. 两个字符相等是回文串
  3. 长度大于 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图5,那么将它首尾的两个字母去除之后,它仍然是个回文串。

🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图6

例如对于字符串 “ababa’‘,若已知 “bab” 是回文串,那么 “ababa” 一定是回文串,因为它首尾两个字母相等

👉 定义:🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图7 表示 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图8 的第 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图9 个字符到第 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图10 个字符组成的串(下文表示成 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图11)是否为回文串。

dp[i][j] 可以存放长度,若值 0 则非回文,非 0 值则回文 dp[i][j] 可以存放序列,若空串 “” 则非回文,非空串则回文

状态转移方程:

🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图12

复杂度分析

时间复杂度: 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图13 ,其中 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图14 分别是字符串的长度。

  1. - 动态规划的状态总数为 ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/56520ff852bbdb26d3f8f6e0923fd03e.svg#card=math&code=%5Csmall%20O%28n%5E2%29&id=k3SqL) ,对于每个状态,我们需要转移的时间为 ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/2744619fca12271057dcb91f0e316d55.svg#card=math&code=%5Csmall%20O%281%29&id=kze75) 。

空间复杂度: 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图15

  - 即存储动态规划状态需要的空间。

我的代码 [子串长度、具体子串]

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();
        // 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 (L==2) 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]) {
                    maxLen =L;
                    begin = i;
                }
            }
        }
        return s.substring(begin, begin + maxLen);
    }
}

解回文子串:中心扩展

我们仔细观察一下方法一中的状态转移方程:

🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图16

找出其中的状态转移链:
🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图17
可以发现,我们可以从每一种边界情况开始「扩展」,也可以得出所有的状态对应的答案。

边界情况即为子串长度为 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图18🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图19 的情况。
我们枚举每一种边界情况,并从对应的子串开始不断地向两边扩展。

  - _如果两边的字母相同,我们就可以继续扩展,例如从 _![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/7470ab2949dd479628fdafa6c47ff6e8.svg#card=math&code=%5Csmall%20P%28i%2B1%2C%20j-1%29%20%5Crightarrow%20P%28i%2C%20j%29%20&id=fHe4U)
  - _如果两边的字母不同,我们就可以停止扩展,因为在这之后的子串都不能是回文串了。_

本质即为:我们枚举所有的「回文中心」并尝试「扩展」,直到无法扩展为止,此时的回文串长度即为此「回文中心」下的最长回文串长度。

我们对所有的长度求出最大值,即可得到最终的答案。

复杂度分析

时间复杂度: 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图20 ,其中 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图21 分别是字符串的长度。

  - 长度为 ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/53072c2388d69edc65c2377681e4e87c.svg#card=math&code=1&id=fwrRd) 或 ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/2b89979f54ec02a7bf87aa0c1ea58ff9.svg#card=math&code=2&id=GzvIe) 的回文中心分别有 ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/df378375e7693bdcf9535661c023c02e.svg#card=math&code=n&id=giZX1) 和 ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/f29219be34b160369c88fab81ea65712.svg#card=math&code=n-1&id=aO4Fe) 个,每个回文中心最多会向外扩展  ![](https://cdn.nlark.com/yuque/__latex/bf7c2e3ac858e1c3496fd2f47a300139.svg#card=math&code=%5Csmall%20O%28n%29&id=zQ1yI)  次。

空间复杂度: 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图22

我的代码 [具体序列]

class Solution {
    public String longestPalindrome(String s) {
        if (s == null || s.length() < 1) return "";
        int start = 0, end = 0;
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            int len1 = expandAroundCenter(s, i, i);
            int len2 = expandAroundCenter(s, i, i + 1);
            int len = Math.max(len1, len2);
            if (len > end - start) {
                start = i - (len - 1) / 2;
                end = i + len / 2;
            }
        }
        return s.substring(start, end + 1);
    }

    public int expandAroundCenter(String s, int left, int right) {
        while (left >= 0 && right < s.length() && s.charAt(left) == s.charAt(right)) {
            --left;
            ++right;
        }
        return right - left - 1;
    }
}

解题回文子序列:动态规划

👉 定义:🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图23 表示 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图24 的第 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图25 个字符到第 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图26 个字符组成的子串中,最长的回文序列长度是多少。

状态转移方程:

🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图27

注意遍历顺序,🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图28 从最后一个字符开始往前遍历,🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图29🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图30 开始往后遍历

初始化 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图31单个字符的最长回文序列是 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图32

结果 🍗最长回文子串、最长回文子序列合集 - 图33

我的代码 [序列长度]

class Solution {
    public int longestPalindromeSubseq(String s) {
        int n = s.length();
        int[][] dp = new int[n][n];
        for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
            //1. 单独必然构成回文
            dp[i][i] = 1;
            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
                if (s.charAt(i) == s.charAt(j)) 
                    dp[i][j] = dp[i + 1][j - 1] + 2;     
                else 
                    dp[i][j] = Math.max(dp[i + 1][j], dp[i][j - 1]);
            }
        }
        return dp[0][n - 1];
    }
}

我的代码 [具体序列]

class Solution {
    public String longestPalindromeSubseq(String s) {
        if(s==null||"".equals(s)||s.length()==0)return "";
        int n = s.length();
        String[][] dp = new String[n][n];
        for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
            dp[i][i] = s.charAt(i)+"";
            for (int j = i + 1; j < n; j++) {
                if (s.charAt(i) == s.charAt(j)) {
                    dp[i][j] = s.charAt(i)+dp[i + 1][j - 1] +s.charAt(i);
                } else {
                    dp[i][j] =dp[i + 1][j].length()> dp[i][j - 1].length()?dp[i + 1][j]:dp[i][j - 1];
                }
            }
        }
        return dp[0][n - 1];
    }
}