小于等于 K 的最长二进制子序列

标签: 贪心 记忆化搜索 字符串 动态规划

难度: Medium

给你一个二进制字符串 s 和一个正整数 k 。

请你返回 s 的 最长 子序列,且该子序列对应的 二进制 数字小于等于 k 。

注意:

  • 子序列可以有 前导 0 。
  • 空字符串视为 0 。
  • 子序列 是指从一个字符串中删除零个或者多个字符后,不改变顺序得到的剩余字符序列。

示例 1:

输入:s = "1001010", k = 5
输出:5
解释:s 中小于等于 5 的最长子序列是 "00010" ,对应的十进制数字是 2 。
注意 "00100" 和 "00101" 也是可行的最长子序列,十进制分别对应 4 和 5 。
最长子序列的长度为 5 ,所以返回 5 。

示例 2:

输入:s = "00101001", k = 1
输出:6
解释:"000001" 是 s 中小于等于 1 的最长子序列,对应的十进制数字是 1 。
最长子序列的长度为 6 ,所以返回 6 。

提示:

  • 1 <= s.length <= 1000
  • s[i] 要么是 '0' ,要么是 '1'
  • 1 <= k <= 109

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运行时间: 22 ms

内存: 16.1 MB

class Solution:
    def longestSubsequence(self, s: str, k: int) -> int:
        n, m = len(s), k.bit_length()
        if n < m: return n
        ans = m if int(s[-m:], 2) <= k else m - 1
        return ans + s[:-m].count('0')

# 作者:灵茶山艾府
# 链接:https://leetcode.cn/problems/longest-binary-subsequence-less-than-or-equal-to-k/solutions/1611120/fen-lei-tao-lun-tan-xin-by-endlesscheng-vnlx/
# 来源:力扣(LeetCode)
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Explain

这个题解利用了二进制数的性质和长度限制的思想。首先,计算给定整数 k 的二进制表示的长度 m。理论上,任何长度超过 m 的二进制序列都会大于 k,因此不需要考虑 s 中长度超过 m 的部分。接着,检查 s 中最后 m 位形成的二进制数是否小于等于 k;如果是,这 m 位都可用;如果不是,则只能使用 m-1 位。最后,除了最后 m 位的其他部分,可以贪心地加入所有 '0'(因为 '0' 不增加数值但可以增加长度),从而得到最长的符合条件的子序列。这种方法直接通过数学计算和贪心策略找到结果,避免了复杂的搜索或动态规划算法。

时间复杂度: O(n)

空间复杂度: O(1)

class Solution:
    def longestSubsequence(self, s: str, k: int) -> int:
        n, m = len(s), k.bit_length()  # n 是字符串长度, m 是 k 的二进制位数
        if n < m: return n  # 如果字符串长度小于 k 的二进制长度,直接返回 n
        # 检查 s 的最后 m 位是否小于等于 k
        ans = m if int(s[-m:], 2) <= k else m - 1
        return ans + s[:-m].count('0')  # 返回 ans 加上除了最后 m 位外 '0' 的数量

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计算整数 k 的二进制表示的长度 m 是为了确定二进制序列的长度上限。因为任何长度超过 m 的二进制序列的数值都将大于 k,所以知道 m 可以帮助我们有效地限制考虑的子序列的长度,从而简化问题。此外,这也是一种确保我们不会处理不必要的数据量并优化性能的方法。

这种处理方式是基于贪心策略,并不会遗漏情况。因为如果最后 m 位的数值已经超过了 k,那么任何包含这 m 位的子序列都将不符合要求。因此,在这种情况下使用 m-1 位是安全的,确保子序列的数值不会超过 k。此外,由于我们已经知道最后 m-1 位肯定小于最后 m 位,所以这种方法是有效且完备的。

在这个问题中,'0' 不会增加二进制数的数值,因此可以安全地加入任何额外的 '0' 来增加序列的长度而不影响其值。这种贪心策略适用于所有情况,因为 '0' 的添加总是安全的,不会使序列的值超过 k。因此,没有特殊情况使这种方法不适用。

避免使用复杂的搜索或动态规划算法的主要优势在于效率和简洁性。通过直接计算和使用贪心策略,算法的时间复杂度和空间复杂度都得以优化,使得解决方案更快且消耗更少资源。此外,这种方法提供了更直观的解决方案,便于理解和实现。