挑战程序竞赛系列(63):4.7字符串上的动态规划(1)
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挑战程序竞赛系列(63):4.7字符串上的动态规划(1)
传送门:POJ 3691: DNA Pair
题意:
考虑只由A, G, C, T四种字符组成的DNA字符串。给定一个原字符串S,和n个禁止模式字符串
P1,P2,...,Pn 。请修改字符串S,使得其中不包含任何禁止模式。每次修改操作只能将S中的某个字符修改为其他字符。如果不存在这样的修改,请输出-1,否则,输出所需要的最少修改回数。
AC自动机真好用,暴力的做法是对于字符串的每个字符修改一遍,再去看看是否有禁止模式,这种做法求最小编辑距离也不好做。
但思路还是从暴力出,对于每个字符都有四种状态A,T,C,G,那么两个字符就意味着4 * 4 = 16种状态,其实不然,AC自动机的思想在于对状态的抽象,比如P = {“AA”},那么对于match = {”TG”,”GT”,…},这些状态可以完全看做一个状态。而我们知道阶段数总共就是字符串的长度,我们只要列出同质状态,以及各状态之间的转移过程,此问题就解决了。
对DP新的认识,DP其实很暴力,但之所以比暴力优在于它对状态的抽象,啧啧啧。
参考《挑战》P371:
书中代码出现了一个小错误,在求解不可达的状态时,后缀和禁止模式匹配中,subString的裁剪长度有误。
正确版本如下:
import java.io.BufferedReader;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWriter;import java.util.Arrays;import java.util.HashMap;import java.util.HashSet;import java.util.Map;import java.util.Set;import java.util.StringTokenizer;public class Main { String INPUT = "./data/judge/201709/P3691.txt"; public static void main(String[] args) throws IOException { new Main().run(); } static final int MAX_N = 50 + 2; static final int INF = 0x3f3f3f3f; static char[] ATCG = {'A','G','C','T'}; void read() { int cnt = 0; while (true) { int N = ni(); if (N == 0) break; String[] p = new String[N]; for (int i = 0; i < N; ++i) p[i] = ns(); String match = ns(); out.println("Case " + (++cnt) + ": " + solve(match, p)); } } int solve(String match, String[] p) { Set<String> pfx = new HashSet<String>(); pfx.add(""); for (String forb : p) { for (int i = 0; i <= forb.length(); ++i) { pfx.add(forb.substring(0, i)); } } int K = pfx.size(); String[] pfxs = pfx.toArray(new String[0]); Map<String, Integer> mem = new HashMap<String, Integer>(); for (int i = 0; i < K; ++i) mem.put(pfxs[i], i); boolean[] ng = new boolean[K + 1]; //不可达状态 for (int i = 0; i < K; ++i) { ng[i] = false; for (int j = 0; j < p.length; ++j) { ng[i] |= p[j].length() <= pfxs[i].length() && pfxs[i].substring(pfxs[i].length() - p[j].length() , pfxs[i].length()).equals(p[j]); } } int[][] next = new int[K + 1][4]; for (int i = 0; i < K; ++i) { for (int j = 0; j < 4; ++j) { String s = pfxs[i] + ATCG[j]; while (!mem.containsKey(s)) { s = s.substring(1); } next[i][j] = mem.get(s); } } int[][] dp = new int[match.length() + 16][K + 16]; dp[0][0] = 1; for (int i = 1; i < K; ++i) dp[0][i] = 0; for (int i = 1; i <= match.length(); ++i) { for (int j = 0; j < K; ++j) dp[i][j] = INF; for (int j = 0; j < K; ++j) { if (ng[j]) continue; for (int l = 0; l < 4; ++l) { int ns = next[j][l]; dp[i][ns] = Math.min(dp[i][ns], dp[i - 1][j] + (match.charAt(i - 1) == ATCG[l] ? 0 : 1)); } } } int ans = INF; for (int i = 0; i < K; ++i) { if (ng[i]) continue; ans = Math.min(ans, dp[match.length()][i]); } return ans == INF ? -1 : ans; } FastScanner in; PrintWriter out; void run() throws IOException { boolean oj; try { oj = ! System.getProperty("user.dir").equals("F:\\java_workspace\\leetcode"); } catch (Exception e) { oj = System.getProperty("ONLINE_JUDGE") != null; } InputStream is = oj ? System.in : new FileInputStream(new File(INPUT)); in = new FastScanner(is); out = new PrintWriter(System.out); long s = System.currentTimeMillis(); read(); out.flush(); if (!oj){ System.out.println("[" + (System.currentTimeMillis() - s) + "ms]"); } } public boolean more(){ return in.hasNext(); } public int ni(){ return in.nextInt(); } public long nl(){ return in.nextLong(); } public double nd(){ return in.nextDouble(); } public String ns(){ return in.nextString(); } public char nc(){ return in.nextChar(); } class FastScanner { BufferedReader br; StringTokenizer st; boolean hasNext; public FastScanner(InputStream is) throws IOException { br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is)); hasNext = true; } public String nextToken() { while (st == null || !st.hasMoreTokens()) { try { st = new StringTokenizer(br.readLine()); } catch (Exception e) { hasNext = false; return "##"; } } return st.nextToken(); } String next = null; public boolean hasNext(){ next = nextToken(); return hasNext; } public int nextInt() { if (next == null){ hasNext(); } String more = next; next = null; return Integer.parseInt(more); } public long nextLong() { if (next == null){ hasNext(); } String more = next; next = null; return Long.parseLong(more); } public double nextDouble() { if (next == null){ hasNext(); } String more = next; next = null; return Double.parseDouble(more); } public String nextString(){ if (next == null){ hasNext(); } String more = next; next = null; return more; } public char nextChar(){ if (next == null){ hasNext(); } String more = next; next = null; return more.charAt(0); } } static class ArrayUtils { public static void fill(int[][] f, int value) { for (int i = 0; i < f.length; ++i) { Arrays.fill(f[i], value); } } public static void fill(int[][][] f, int value) { for (int i = 0; i < f.length; ++i) { fill(f[i], value); } } public static void fill(int[][][][] f, int value) { for (int i = 0; i < f.length; ++i) { fill(f[i], value); } } }}
书中关于状态的转移用了二分,实际可以用Map更快的定位,稍许优化了一下。
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