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ko/codes/java/chapter_dynamic_programming/edit_distance.java

@@ -0,0 +1,139 @@
+/**
+ * File: edit_distance.java
+ * Created Time: 2023-07-13
+ * Author: krahets ([email protected])
+ */
+
+package chapter_dynamic_programming;
+
+import java.util.Arrays;
+
+public class edit_distance {
+    /* 편집 거리: 완전 탐색 */
+    static int editDistanceDFS(String s, String t, int i, int j) {
+        // s와 t가 모두 비어 있으면 0을 반환한다
+        if (i == 0 && j == 0)
+            return 0;
+        // s가 비어 있으면 t의 길이를 반환한다
+        if (i == 0)
+            return j;
+        // t가 비어 있으면 s의 길이를 반환한다
+        if (j == 0)
+            return i;
+        // 두 문자가 같으면 두 문자를 바로 건너뛴다
+        if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1))
+            return editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
+        // 최소 편집 횟수 = 삽입, 삭제, 교체 세 연산에 대한 최소 편집 횟수 + 1
+        int insert = editDistanceDFS(s, t, i, j - 1);
+        int delete = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j);
+        int replace = editDistanceDFS(s, t, i - 1, j - 1);
+        // 최소 편집 횟수를 반환한다
+        return Math.min(Math.min(insert, delete), replace) + 1;
+    }
+
+    /* 편집 거리: 메모이제이션을 이용한 탐색 */
+    static int editDistanceDFSMem(String s, String t, int[][] mem, int i, int j) {
+        // s와 t가 모두 비어 있으면 0을 반환한다
+        if (i == 0 && j == 0)
+            return 0;
+        // s가 비어 있으면 t의 길이를 반환한다
+        if (i == 0)
+            return j;
+        // t가 비어 있으면 s의 길이를 반환한다
+        if (j == 0)
+            return i;
+        // 기록이 이미 있으면 해당 값을 바로 반환한다
+        if (mem[i][j] != -1)
+            return mem[i][j];
+        // 두 문자가 같으면 두 문자를 바로 건너뛴다
+        if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1))
+            return editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
+        // 최소 편집 횟수 = 삽입, 삭제, 교체 세 연산에 대한 최소 편집 횟수 + 1
+        int insert = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i, j - 1);
+        int delete = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j);
+        int replace = editDistanceDFSMem(s, t, mem, i - 1, j - 1);
+        // 최소 편집 횟수를 기록하고 반환한다
+        mem[i][j] = Math.min(Math.min(insert, delete), replace) + 1;
+        return mem[i][j];
+    }
+
+    /* 편집 거리: 동적 계획법 */
+    static int editDistanceDP(String s, String t) {
+        int n = s.length(), m = t.length();
+        int[][] dp = new int[n + 1][m + 1];
+        // 상태 전이: 첫 번째 행과 첫 번째 열
+        for (int i = 1; i <= n; i++) {
+            dp[i][0] = i;
+        }
+        for (int j = 1; j <= m; j++) {
+            dp[0][j] = j;
+        }
+        // 상태 전이: 나머지 행과 열
+        for (int i = 1; i <= n; i++) {
+            for (int j = 1; j <= m; j++) {
+                if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
+                    // 두 문자가 같으면 두 문자를 바로 건너뛴다
+                    dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
+                } else {
+                    // 최소 편집 횟수 = 삽입, 삭제, 교체 세 연산에 대한 최소 편집 횟수 + 1
+                    dp[i][j] = Math.min(Math.min(dp[i][j - 1], dp[i - 1][j]), dp[i - 1][j - 1]) + 1;
+                }
+            }
+        }
+        return dp[n][m];
+    }
+
+    /* 편집 거리: 공간을 최적화한 동적 계획법 */
+    static int editDistanceDPComp(String s, String t) {
+        int n = s.length(), m = t.length();
+        int[] dp = new int[m + 1];
+        // 상태 전이: 첫 번째 행
+        for (int j = 1; j <= m; j++) {
+            dp[j] = j;
+        }
+        // 상태 전이: 나머지 행
+        for (int i = 1; i <= n; i++) {
+            // 상태 전이: 첫 번째 열
+            int leftup = dp[0]; // dp[i-1, j-1]을 임시로 저장한다
+            dp[0] = i;
+            // 상태 전이: 나머지 열
+            for (int j = 1; j <= m; j++) {
+                int temp = dp[j];
+                if (s.charAt(i - 1) == t.charAt(j - 1)) {
+                    // 두 문자가 같으면 두 문자를 바로 건너뛴다
+                    dp[j] = leftup;
+                } else {
+                    // 최소 편집 횟수 = 삽입, 삭제, 교체 세 연산에 대한 최소 편집 횟수 + 1
+                    dp[j] = Math.min(Math.min(dp[j - 1], dp[j]), leftup) + 1;
+                }
+                leftup = temp; // 다음 반복의 dp[i-1, j-1]로 갱신한다
+            }
+        }
+        return dp[m];
+    }
+
+    public static void main(String[] args) {
+        String s = "bag";
+        String t = "pack";
+        int n = s.length(), m = t.length();
+
+        // 완전 탐색
+        int res = editDistanceDFS(s, t, n, m);
+        System.out.println("변경: " + s + " → " + t + " 변경에 필요한 최소 편집 횟수: " + res + " 회");
+
+        // 메모이제이션을 이용한 탐색
+        int[][] mem = new int[n + 1][m + 1];
+        for (int[] row : mem)
+            Arrays.fill(row, -1);
+        res = editDistanceDFSMem(s, t, mem, n, m);
+        System.out.println("변경: " + s + " → " + t + " 변경에 필요한 최소 편집 횟수: " + res + " 회");
+
+        // 동적 계획법
+        res = editDistanceDP(s, t);
+        System.out.println("변경: " + s + " → " + t + " 변경에 필요한 최소 편집 횟수: " + res + " 회");
+
+        // 공간을 최적화한 동적 계획법
+        res = editDistanceDPComp(s, t);
+        System.out.println("변경: " + s + " → " + t + " 변경에 필요한 최소 편집 횟수: " + res + " 회");
+    }
+}