Применение метода четырёх русских в задачах ДП на примере задачи о НОП

Эта статья находится в разработке!

Описание алгоритма

Рассмотрим задачу о наибольшей общей подпоследовательности для двух последовательностей одинаковой длины. Тогда таблица динамического программирования имеет размер [math](n + 1) \times (n + 1)[/math]. Разобьём её на квадраты размера [math]k \times k[/math] следующим образом: выделим каждую [math]k[/math]-ую строчку, начиная с первой. Аналогично выделяем столбцы.

Требуется, чтобы [math]k[/math] делило [math]n[/math], но это не является ограничением - можно дописать в конец последовательностей символы, которые не встречались в других местах этих последовательностей (символы для каждой последовательности должны быть разными). Тогда ответ на задачу не изменится, а длину можно "довести" до делителя [math]k[/math].

Сделаем предподсчёт действия каждого возможного квадрата. Окончательный результат зависит только от значений в верхнем левом "уголке" квадрата и подстрок, для которых считается ответ — остальные значения в квадрате однозначно считаются с их помощью. Окончательным результатом будут значения в нижнем правом "уголке" квадрата.

Может показаться, что таких уголков может быть много. Но, так как соседние числа в матрице отличаются не более, чем на один, то результат зависит только от константы в верхнем левом элементе матрицы, и возрастания чисел в верхнем и левом крае квадрата. Возрастание чисел будем хранить с помощью битовых масок: сначала [math]k - 1[/math] бит кодирует возрастание чисел в верхнем крае квадрата (0 - элемент равен предыдущему, 1 - больше предыдущего на один), потом [math]k - 1[/math] бит кодируют возрастание чисел в квадрате по левому краю аналогичным образом.

Более того, константу в верхнем левом элементе квадрата можно вообще не хранить - её можно прибавить при необходимости к каждому элементу результата.

Итого, получается [math]{\left (2|\Sigma| \right )}^{2k}[/math] предподсчитанных квадратов, подсчёт каждого происходит за время, пропорциональное [math]k^2[/math].

После этого ответ для самой задачи НОП считается аналогично обычному алгоритму, только на этот раз пересчитывается не каждый элемент матрицы, а только уголки.

Время работы

Суммарное время работы алгоритма [math]O\left({\left (2|\Sigma| \right )}^{2k} + \frac{n^2}{k^2}\right)[/math]. Понятно, что для получения выигрыша в производительности по сравнению с обычным алгоритмом необходимо, чтобы первое слагаемое не превышало второе. Это достигается при условии [math]k \lt \frac{\log n}{1 + \log c}[/math]