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有压缩字符串的算法吗(云漫圈什么是字符串匹配算法)

有压缩字符串的算法吗(云漫圈什么是字符串匹配算法)什么意思呢?让我们来举一个例子:

有压缩字符串的算法吗(云漫圈什么是字符串匹配算法)(1)

作者 | 程序员小灰

来源 | 程序员小灰(ID:chengxuyuanxiaohui )

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————— 第二天 —————


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什么意思呢?让我们来举一个例子:


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在上图中,字符串B是A的子串,

B第一次在A中出现的位置下标是2(字符串的首位下标是0),

所以返回 2。

我们再看另一个例子:


有压缩字符串的算法吗(云漫圈什么是字符串匹配算法)(8)


在上图中,字符串B在A中并不存在,

所以返回 -1。

为了统一概念,

在后文中,

我们把字符串A称为主串,

把字符串B称为模式串。

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小灰的想法简单粗暴,

让我们用下面的例子来演示一下:

第一轮,我们从主串的首位开始,

把主串和模式串的字符逐个比较:


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显然,主串的首位字符是a,

模式串的首位字符是b,两者并不匹配。

第二轮,我们把模式串后移一位,

从主串的第二位开始,

把主串和模式串的字符逐个比较:


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主串的第二位字符是b,

模式串的第二位字符也是b,

两者匹配,继续比较:


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主串的第三位字符是b,

模式串的第三位字符也是c,

两者并不匹配。

第三轮,我们把模式串再次后移一位,

从主串的第三位开始,

把主串和模式串的字符逐个比较:


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主串的第三位字符是b,

模式串的第三位字符也是b,

两者匹配,继续比较:


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主串的第四位字符是c,

模式串的第四位字符也是c,

两者匹配,继续比较:


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主串的第五位字符是e,

模式串的第五位字符也是e,

两者匹配,比较完成!

由此得到结果,

模式串 bce 是主串 abbcefgh 的子串,

在主串第一次出现的位置下标是 2:


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以上就是小灰想出的解决方案,

这个算法有一个名字,叫做BF算法,

是Brute Force(暴力算法)的缩写。

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上图的情况,在每一轮进行字符匹配时,

模式串的前三个字符a都和主串中的字符相匹配,

一直检查到模式串最后一个字符b,才发现不匹配:


有压缩字符串的算法吗(云漫圈什么是字符串匹配算法)(21)


这样一来,

两个字符串在每一轮都需要白白比较4次,

显然非常浪费。

假设主串的长度是m,

模式串的长度是n,

那么在这种极端情况下,

BF算法的最坏时间复杂度是O(mn)。

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比较哈希值是什么意思呢?

用过哈希表的朋友们都知道,

每一个字符串都可以通过某种哈希算法,

转换成一个整型数,

这个整型数就是hashcode:

hashcode = hash(string)

显然,相对于逐个字符比较两个字符串,

仅比较两个字符串的hashcode要容易得多。


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给定主串和模式串如下

(假定字符串只包含26个小写字母):


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第一步,

我们需要生成模式串的hashcode。

生成hashcode的算法多种多样,比如:

按位相加

这是最简单的方法,

我们可以把a当做1,b当做2,c当做3......

然后把字符串的所有字符相加,

相加结果就是它的hashcode。

bce = 2 3 5 = 10

但是,这个算法虽然简单,

却很可能产生hash冲突,

比如bce、bec、cbe的hashcode是一样的。

转换成26进制数

既然字符串只包含26个小写字母,

那么我们可以把每一个字符串当成一个26进制数来计算。

bce = 2*(26^2) 3*26 5 = 1435

这样做的好处是大幅减少了hash冲突,

缺点是计算量较大,

而且有可能出现超出整型范围的情况,

需要对计算结果进行取模。

为了方便演示,

后续我们采用的是按位相加的hash算法,

所以bce的hashcode是10:


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第二步,

生成主串当中第一个等长子串的hashcode。

由于主串通常要长于模式串,

把整个主串转化成hashcode是没有意义的,

只有比较主串当中和模式串等长的子串才有意义。

因此,

我们首先生成主串中第一个和模式串等长的子串hashcode,

即abb = 1 2 2 = 5:


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第三步,比较两个hashcode。

显然,5!=10,

说明模式串和第一个子串不匹配,

我们继续下一轮比较。

第四步,

生成主串当中第二个等长子串的hashcode。

bbc = 2 2 3 = 7:


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第五步,比较两个hashcode。

显然,7!=10,说明模式串和第二个子串不匹配,

我们继续下一轮比较。

第六步,生成主串当中第三个等长子串的hashcode。

bce= 2 3 5 = 10:


有压缩字符串的算法吗(云漫圈什么是字符串匹配算法)(39)


第七步,比较两个hashcode。

显然,10 ==10,两个hash值相等!

这是否说明两个字符串也相等呢?

别高兴的太早,

由于存在hash冲突的可能,

我们还需要进一步验证。

第八步,逐个字符比较两字符串。

hashcode的比较只是初步验证,

之后我们还需要像BF算法那样,

对两个字符串逐个字符比较,

最终判断出两个字符串匹配。


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最后得出结论,

模式串bce是主串abbcefgh的子串,

第一次出现的下标是2。


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什么意思呢?让我们再来看一个例子:


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上图中,

我已知子串abbcefg的hashcode是26,

那么如何计算下一个子串,

也就是bbcefgd的hashcode呢?


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我们没有必要把子串的字符重新进行累加运算,

而是可以采用一个更简单的方法。

由于新子串的前面少了一个a,

后面多了一个d,所以:

新hashcode = 旧hashcode - 1 4 = 26-1 4 = 29

再下一个子串bcefgde的计算也是同理:

新hashcode = 旧hashcode - 2 5 = 29-2 5 = 32


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