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LeetCode - 943. Find the Shortest Superstring 解題心得

Not In My Back Yard | 2021-06-30 00:00:01 | 巴幣 0 | 人氣 844

題目連結:


題目意譯:
給定一個字串陣列 words,回傳最小的字串其包含著 words 中的所有字串作為它的子字串。如果有多個最短的合法字串,則回傳任一個。

你可假設 words 中沒有字串為另一字串的子字串。

限制:
1 ≦ words.length ≦ 12
1 ≦ words[i].length ≦ 20
words[i] 由小寫英文字母組成。
words 中所有字串皆相異。



範例測資:
範例 1:
輸入: words = ["alex","loves","leetcode"]
輸出: "alexlovesleetcode"
解釋: "alex" 、 "loves" 、 "leetcode" 的所有排列也會被接受。

範例 2:
輸入: words = ["catg","ctaagt","gcta","ttca","atgcatc"]
輸出: "gctaagttcatgcatc"


解題思維:
本題可以轉成旅行推銷員問題(Travelling Salesman Problem,TSP),儘管看起來似乎沒什麼關係。以下是我們如何轉換:
因為字串數量 N 不多(最多 N = 12 個),所以我們用一個 32 位元整數的最右邊 12 位元充當每個字串的探訪「狀態」。例如:"000000001010" 代表著我們已經探訪了第 1 個(0 based,且從右邊往左數)以及第 3 個字串。

(以下稱第 i 個字串為 S[i])
而每個字串之間有著「距離」,d[i][j] 代表著用 S[i] 當主體試圖蓋住 S[j]。如果 S[i] 蓋住 S[j] 的最左邊 x 個字元,則我們定義其距離值 d[i][j] = S[i] - x。

因此,現在字串便變得像是彼此之間有距離的「城市」。而我們需要從某個城市開始(代表我們以某個字串作為一開始的主體字串)走過其他每一個城市(代表主體字串要與其他的字串融合成一個更大的字串)。因此本題等價於 TSP 。

不過 TSP 有兩種:一種是要經過所有城市並回到起點;另一種則不需回到起點。前者為求漢密頓循環(Hamiltonian Cycle);後者為漢密頓路徑(Hamiltonian Path)。而本題因為主體字串最後不需再和自己融合一次,所以屬於後者。



而漢密頓路徑可以用以下方式求得:

我們定義 DP[i][j] 、 path[i][j] ,前者代表著探訪狀態為 i 且從 S[j](我們目前在 S[j])探訪到「終點」所累積的最小距離和 、 path[i][j] 則是接下來要從 S[j] 走到哪個字串。

因為我們不需要繞回起點字串,所以「終點」即是所有字串都被探訪過的狀態,即 i = (1 << N) - 1 (所以有 N 個 1)。

因此:
DP[(1 << N) - 1][j] = 0, for 0 ≦ j < N
DP[i][j] = min(d[i][k] + DP[i | (1 << k)][k], for 0 ≦ k < N 且 S[k] 沒有被探訪過(即 i & (1 << k) == 0)), otherwise
也就是在已知目前狀態是 i 且目前在 S[j] 的狀況下,試試看探訪哪個字串 S[k] 會使得 D[i][j] 之值最小。

至於 path[i][j] 的維護也與上面相似,其代表著 S[j] 要走到哪個字串才會使得 D[i][j] 之值最小(也就是說 path[i][j] 負責存 S[k] 之 k 值)。



因為所有字串都可能是開頭,所以我們窮舉開頭字串 S[i] ,然後遞迴 DP[1 << i][i] 和 path[1 << i][i]。因此跑完之後,我們得到了從 S[i] 跑到「終點」的最小距離值,並且根據著 path 陣列我們可以得知 S[i] 要走到的字串 S[j] ,也可知道 S[j] 要走到 S[k] ……以此類推。

因此以 S[i] 的最短之 superstring 即為 S[i] 蓋住 S[j] 蓋住 S[k] ……。也就是說其 superstring 為 S[i] + S[j].substr(S[j].size() - d[i][j]) + S[k].substr(S[k].size() - d[j][k]) + ……,其中 s.substr(Q) 代表著捨棄掉最左邊 Q 個字元只留下剩下右邊的 s.size() - Q 個字元。

而窮舉完所有開頭 S[i] 並獲得它們各自的 superstring 後,看哪個最短即是所求。




此次分享到此為止,如有任何更加簡潔的想法或是有說明不清楚之地方,也煩請各位大大撥冗討論。

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