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1888. 使二进制字符串字符交替的最少反转次数

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我们可以将所有类型 \(2\) 的操作安排在类型 \(1\) 的操作之前。因为类型 \(2\) 的操作是反转任意一个字符,而类型 \(1\) 的操作只会改变字符的相对顺序,不会改变字符的值。

当 \(n\) 是偶数时,交替字符串只可能为 \(0101\cdots 01\) 或者 \(1010 \cdots 10\) 的形式。

如果 \(n\) 是奇数,那么交替字符串为 \(0101 \cdots 010\) 或者 \(1010 \cdots 101\) 的形式。

我们首先考虑 \(0101 \cdots 010\),如果在所有类型 \(2\) 的操作完成后,\(s\) 可以通过类型 \(1\) 的操作得到该字符串,那么:

要么 \(s\) 就是 \(0101 \cdots 010\);

要么 \(s\) 是 \(01 \cdots 010 | 01 \cdots 01\) 的形式,或者是 \(10 \cdots 10|01 \cdots 010\) 的形式。这里我们用竖线 \(|\) 标注了类型 \(1\) 的操作,在 \(|\) 左侧的字符通过类型 \(1\) 的操作被移动到字符串的末尾,最终可以得到 \(0101 \cdots 010\)。

因此,\(s\) 要么是一个交替字符串(即 \(0101 \cdots 010\)),要么由两个交替字符串拼接而成,其中左侧的交替字符串以 \(0\) 结尾,右侧的交替字符串以 \(0\) 开头。

同理,如果我们考虑 \(1010 \cdots 101\),那么 ss 要么就是 \(1010 \cdots 101\),要么由两个交替字符串拼接而成,其中左侧的交替字符串以 \(1\) 结尾,右侧的交替字符串以 \(1\) 开头。

我们用 \(\textit{pre}[i][j]\)表示对于字符串的前缀 \(s[0..i]\),如果我们希望通过类型 \(2\) 的操作修改成「以 \(j\) 结尾的交替字符串」,那么最少需要的操作次数。这里 \(j\) 的取值为 \(0\) 或 \(1\)。根据定义,有递推式:

\[\begin{cases} \textit{pre}[i][0] = \textit{pre}[i-1][1] + (s[i] =='1') \\ \textit{pre}[i][1] = \textit{pre}[i-1][0] + (s[i] == '0') \end{cases} \]

同理,我们用 \(\textit{suf}[i][j]\) 表示对于字符串的后缀 \(s[i..n-1]\),如果我们希望通过类型 \(2\) 的操作修改成「以 \(j\) 开头的交替字符串」,那么最少需要的操作次数。这里 \(j\) 的取值为 \(0\) 或 \(1\),同样有递推式:

\[\begin{cases} \textit{suf}[i][0] = \textit{suf}[i+1][1] + \mathbb{I}(s[i], 1) \\ \textit{suf}[i][1] = \textit{suf}[i+1][0] + \mathbb{I}(s[i], 0) \end{cases} \]

答案可以为 \(\textit{pre}[n-1][0]\)或者 \(\textit{pre}[n-1][1]\),对应着将 \(s\) 本身变为一个交替字符串;

如果 \(n\) 是偶数,我们无需求出 \(\textit{suf}\)。

如果 \(n\) 是奇数,那么答案还可以为 \(\textit{pre}[i][0] + \textit{suf}[i+1][0]\) 以及 \(\textit{pre}[i][1] + \textit{suf}[i+1][1]\),对应着将 \(s\) 变为两个交替字符串的拼接。

所有可供选择的答案中的最小值即为类型 \(2\) 的操作的最少次数。

class Solution {
public:
    static const int N=1e5+10;
    int pre[N][2],suf[N][2];
    int minFlips(string s) {
        int n=s.size();

        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            pre[i][0]=pre[i-1][1]+(s[i-1] == '1');
            pre[i][1]=pre[i-1][0]+(s[i-1] == '0');
        }

        int ans=min(pre[n][0],pre[n][1]);

        if(n & 1)
        {
            for(int i=n;i;i--)
            {
                suf[i][0]=suf[i+1][1]+(s[i-1] == '1');
                suf[i][1]=suf[i+1][0]+(s[i-1] == '0');
                ans=min(ans,pre[i][0]+suf[i+1][0]);
                ans=min(ans,pre[i][1]+suf[i+1][1]);
            }
        }

        return ans;
    }
};
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