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最長回文子串:一道面試題背后的中心擴展法

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字符串算法里有個經典問題:給定一串字符,找出其中最長的回文子串。回文就是正讀反讀都一樣的序列,比如"madam"或"racecar"。子串則要求字符連續,"app"是"apple"的子串,"ale"卻不是。

這道題的限制條件很清晰:輸入只包含數字和英文字母,長度在1到1000之間。輸出要求返回最長回文子串本身,如果有多個答案,返回任意一個即可。比如輸入"babad","bab"和"aba"都是正確答案;輸入"cbbd",則只能返回"bb"。


最直觀的暴力解法是枚舉所有子串,逐一檢查是否為回文。但子串數量是O(N2),每次檢查又要O(N),總復雜度達到O(N3),對于長度1000的字符串顯然太慢。優化的關鍵藏在回文的對稱性里。


觀察發現,任何回文都有一個中心點。奇數長度回文的中心是單個字符,比如"racecar"的'e';偶數長度回文的中心在兩個字符之間,比如"abba"的兩個'b'中間。從這個中心向兩側擴展,只要左右字符相等,回文就繼續增長。

基于這個洞察,"中心擴展法"應運而生。具體做法是:遍歷字符串的每個位置,把它當作奇數長度回文的中心,同時把它和下一個位置當作偶數長度回文的中心,分別向兩邊擴展。每次擴展記錄找到的最長回文,最終答案就是所有記錄中的最大值。


實現時需要一個小技巧。寫一個輔助函數expand_around_center(s, left, right),從給定的左右邊界開始向外擴展:left左移,right右移,直到越界或字符不等為止。循環終止時,回文長度等于right - left - 1。對奇數情況調用(i, i),偶數情況調用(i, i+1),一次遍歷就能覆蓋所有可能的中心。

時間復雜度降到O(N2),空間復雜度只有O(1)。對于面試場景,這個解法兼顧了效率和可解釋性——不需要動態規劃表,也不需要預處理,幾行代碼就能講清楚對稱擴展的核心思想。

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