我个人很喜欢编辑距离这个问题,因为它看起来十分困难,解法却出奇得简单漂亮,而且它是少有的比较实用的算法(我承认很多算法问题都不太实用)。

力扣第 72 题「编辑距离」就是这个问题,先看下题目:

给你两个单词 word1 和 word2, 请返回将 word1 转换成 word2 所使用的最少操作数  。

你可以对一个单词进行如下三种操作:

  • 插入一个字符
  • 删除一个字符
  • 替换一个字符

示例 1:

输入: word1 = “horse”, word2 = “ros” 输出: 3 解释: horse rorse (将 ‘h’ 替换为 ‘r’) rorse rose (删除 ‘r’) rose ros (删除 ‘e’)

示例 2:

输入: word1 = “intention”, word2 = “execution” 输出: 5 解释: intention inention (删除 ‘t’) inention enention (将 ‘i’ 替换为 ‘e’) enention exention (将 ‘n’ 替换为 ‘x’) exention exection (将 ‘n’ 替换为 ‘c’) exection execution (插入 ‘u’)

提示:

  • 0 <= word1.length, word2.length <= 500
  • word1 和 word2 由小写英文字母组成

为什么说这个问题难呢,因为显而易见,它就是难,让人手足无措,望而生畏。

为什么说它实用呢,因为前几天我就在日常生活中用到了这个算法。之前有一篇公众号文章由于疏忽,写错位了一段内容,我决定修改这部分内容让逻辑通顺。但是公众号文章最多只能修改 20 个字,且只支持增、删、替换操作(跟编辑距离问题一模一样),于是我就用算法求出了一个最优方案,只用了 16 步就完成了修改。

再比如高大上一点的应用,DNA 序列是由 A,G,C,T 组成的序列,可以类比成字符串。编辑距离可以衡量两个 DNA 序列的相似度,编辑距离越小,说明这两段 DNA 越相似,说不定这俩 DNA 的主人是远古近亲啥的。

编辑距离问题就是给我们两个字符串 s1 和 s2,只能用三种操作,让我们把 s1 变成 s2,求最少的操作数。需要明确的是,不管是把 s1 变成 s2 还是反过来,结果都是一样的,所以后文就以 s1 变成 s2 举例。

解决两个字符串的动态规划问题,一般都是用两个指针 i, j 分别指向两个字符串的最后,然后一步步往前移动,缩小问题的规模

设两个字符串分别为 "rad" 和 "apple",为了把 s1 变成 s2,算法会这样进行:

image.png

请记住这个 GIF 过程,这样就能算出编辑距离。关键在于如何做出正确的操作,稍后会讲。

根据上面的 GIF,可以发现操作不只有三个,其实还有第四个操作,就是什么都不要做(skip)。比如这个情况:

image.png

因为这两个字符本来就相同,为了使编辑距离最小,显然不应该对它们有任何操作,直接往前移动 i, j 即可。

还有一个很容易处理的情况,就是 j 走完 s2 时,如果 i 还没走完 s1,那么只能用删除操作把 s1 缩短为 s2。比如这个情况:

image.png

类似的,如果 i 走完 s1 时 j 还没走完了 s2,那就只能用插入操作把 s2 剩下的字符全部插入 s1。等会会看到,这两种情况就是算法的 base case

下面详解一下如何将思路转换成代码