如何找到字符串中的最长回文子串?
作者 | channingbreeze
责编 | 胡巍巍
小史是一个应届生,虽然学的是电子专业,但是自己业余时间看了很多互联网与编程方面的书,一心想进BAT互联网公司。可是努力了很久,别说BAT了,连TMD的橄榄枝都没有接到。
可是他越挫越勇。这不,今天他又去一家互联网小巨头公司面试了。
面试现场
小史:只要先对比第一个字符和倒数第一个字符,再对比第二个字符和倒数第二个字符,以此类推。如果都相等,那就是回文串了。
题目:给你一个字符串,找出里面最长的回文子串。
例如,输入abcdcef,那么输出应该是cdc;
输入adaelele,输出应该是elele。
半分钟过去了。
小史:可以遍历整个字符串,把每个字符和字符间的空隙当作回文的中心,然后向两边扩展来找到最长回文串。小史这次抢着分析时间和空间复杂度。
一分钟过去了。
请教大神
小史回到学校,把面试情况和吕老师说了一下。
吕老师:比如cabadabae用中心扩展的算法,我已经知道了第三位为中心的aba和第5位为中心的abadaba是回文,那么在判断第7位为中心的回文串的时候,有什么已知信息吗?
小史:已知第5位为中心的abadaba是回文,由回文的特性,就能够知道2-4位和6-8位对称,而又知道第3位为中心的aba是回文,所以2-4位是回文。这样的话,6-8位肯定是回文。
小史拿着笔在纸上画了半天,突然大叫一声。
小史:由于之前的计算,已经知道了第5位为中心的abadaba是回文,而第4位为中心的a的回文长度是1,所以第6位为中心的回文长度只能是1,不用再去扩展判断了。
小史:以第7位为中心的回文串的计算,由之前分析已经知道最小长度是3了,但是还是需要进行扩展,因为第9位是什么,根据之前的信息无法得知,需要扩展进行探索。
小史:而以第6位为中心的回文串的计算,并不需要进行探索了,因为根据之前第5位为回文中心串的信息、和第4位为回文中心串的信息,已经可以推断,第6位为回文中心串的长度只能为1。
小史:当然可以。
1、首先,我们要记录下目前已知的回文串能够覆盖到的最右边的地方,就像案例中的第8位
2、同时,覆盖到最右边的回文串所对应的回文中心也要记录,就像案例中的第5位
3、以每一位为中心的回文串的长度也要记录,后面进行推断的时候能用到,就像案例中用到的以第3位为中心的回文和第4位为中心的回文
4、对于新的中心,我们判断它是否在右边界内,若在,就计算它相对右边界回文中心的对称位置,从而得到一些信息,同时,如果该中心需要进行扩展,则继续扩展就行。
编码实现
小史:回文的中心有可能是两个字符中间,这种情况没有考虑到啊。
小史:
1、先对字符串进行预处理,两个字符之间加上特殊符号#;
2、然后遍历整个字符串,用一个数组来记录以该字符为中心的回文长度,为了方便计算右边界,我在数组中记录长度的一半(向下取整);
3、每一次遍历的时候,如果该字符在已知回文串最右边界的覆盖下,那么就计算其相对最右边界回文串中心对称的位置,得出已知回文串的长度;
4、判断该长度和右边界,如果达到了右边界,那么需要进行中心扩展探索。当然,如果第3步该字符没有在最右边界的“羽翼”下,则直接进行中心扩展探索。进行中心扩展探索的时候,同时又更新右边界;
5、最后得到最长回文之后,去掉其中的特殊符号即可。
理解了算法之后,小史的代码写起来也是非常快,不一会儿就写好了:
PlalindromeString.java:
/**
* @author xiaoshi on 2018/9/24.
* Happy Mid-Autumn Festival
*/
public class PlalindromeString {
// 判断一个字符串是否回文,算法中用不到了
@Deprecated
private boolean isPlalindrome(String s) {
int len = s.length();
for(int i = 0; i < len / 2; i++) {
if(s.charAt(i) != s.charAt(len - 1 - i)) {
return false;
}
}
return true;
}
// 预处理字符串,在两个字符之间加上#
private String preHandleString(String s) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
int len = s.length();
sb.append('#');
for(int i = 0; i < len; i++) {
sb.append(s.charAt(i));
sb.append('#');
}
return sb.toString();
}
// 寻找最长回文字串
public String findLongestPlalindromeString(String s) {
// 先预处理字符串
String str = preHandleString(s);
// 处理后的字串长度
int len = str.length();
// 右边界
int rightSide = 0;
// 右边界对应的回文串中心
int rightSideCenter = 0;
// 保存以每个字符为中心的回文长度一半(向下取整)
int[] halfLenArr = new int[len];
// 记录回文中心
int center = 0;
// 记录最长回文长度
int longestHalf = 0;
for(int i = 0; i < len; i++) {
// 是否需要中心扩展
boolean needCalc = true;
// 如果在右边界的覆盖之内
if(rightSide > i) {
// 计算相对rightSideCenter的对称位置
int leftCenter = 2 * rightSideCenter - i;
// 根据回文性质得到的结论
halfLenArr[i] = halfLenArr[leftCenter];
// 如果超过了右边界,进行调整
if(i + halfLenArr[i] > rightSide) {
halfLenArr[i] = rightSide - i;
}
// 如果根据已知条件计算得出的最长回文小于右边界,则不需要扩展了
if(i + halfLenArr[leftCenter] < rightSide) {
// 直接推出结论
needCalc = false;
}
}
// 中心扩展
if(needCalc) {
while(i - 1 - halfLenArr[i] >= 0 && i + 1 + halfLenArr[i] < len) {
if(str.charAt(i + 1 + halfLenArr[i]) == str.charAt(i - 1 - halfLenArr[i])) {
halfLenArr[i]++;
} else {
break;
}
}
// 更新右边界及中心
rightSide = i + halfLenArr[i];
rightSideCenter = i;
// 记录最长回文串
if(halfLenArr[i] > longestHalf) {
center = i;
longestHalf = halfLenArr[i];
}
}
}
// 去掉之前添加的#
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for(int i = center - longestHalf + 1; i <= center + longestHalf; i += 2) {
sb.append(str.charAt(i));
}
return sb.toString();
}
}
Main.java:
/**
* @author lixin on 2018/9/24.
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
PlalindromeString ps = new PlalindromeString();
String[] testStrArr = new String[] {
"abcdcef",
"adaelele",
"cabadabae",
"aaaabcdefgfedcbaa",
"aaba",
"aaaaaaaaa"
};
for(String str : testStrArr) {
System.out.println(String.format("原字串 : %s", str));
System.out.println(String.format("最长回文串 : %s", ps.findLongestPlalindromeString(str)));
System.out.println();
}
}
}
运行结果:
原字串 : abcdcef
最长回文串 : cdc
原字串 : adaelele
最长回文串 : elele
原字串 : cabadabae
最长回文串 : abadaba
原字串 : aaaabcdefgfedcbaa
最长回文串 : aabcdefgfedcbaa
原字串 : aaba
最长回文串 : aba
原字串 : aaaaaaaaa
最长回文串 : aaaaaaaaa
时间空间分析
作者简介:channingbreeze,国内某互联网公司全栈开发。
声明:本文为作者投稿,版权归对方所有。作者独立观点,不代表 CSDN 立场。
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