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记一次算法优化

2020-01-25 15:03:20 作者：互联网

这段时间刷了刷letcode，编程的乐趣可能就是`它就在那儿，而你要征服它`（哈哈哈），刷过一道题时，会有种莫名其妙的快感！

本篇文章记录了我刷的一道算法题并经历不断优化和改进且最终"攀顶"的历程。

'?' 可以匹配任何单个字符。
'*' 可以匹配任意字符串（包括空字符串）。

示例：(抄自 letcode)


输入:
s = "aa"
p = "a"
输出: false
解释: "a" 无法匹配 "aa" 整个字符串。


输入:
s = "aa"
p = "*"
输出: true
解释: '*' 可以匹配任意字符串。


输入:
s = "cb"
p = "?a"
输出: false
解释: '?' 可以匹配 'c', 但第二个 'a' 无法匹配 'b'。


输入:
s = "adceb"
p = "*a*b"
输出: true
解释: 第一个 '*' 可以匹配空字符串, 第二个 '*' 可以匹配字符串 "dce".


输入:
s = "acdcb"
p = "a*c?b"
输入: false

*匹配的字符串具有不确定性，但是我们只要找出一种成功pattern匹配str的可能即可，并不一定需要遍历所有可能（剪枝）；

?相比*只占一个字符的空间（确定的），所以任何一个字符(这里的字符指[a-zA-Z0-9_])都可以匹配?；而任意字符串都能匹配*(包括空字符串)，(了解正则的同学应该知道贪婪匹配和懒惰匹配，先列出这两个名词，稍后在算法中会有体现) ;

如果pattern中包含*, 在不确定*应该匹配哪一子串的情况下，需要遍历每一种可能的情况，直到找到解，需要回溯；如果pattern不包含*，则只需要比较pattern和str上对应位置的字符，而?可以和任一字符匹配，不需要回溯。

pattern中包含*的匹配流程图例：(以懒惰匹配举例，展示核心算法)

然而通过构造特殊的pattern和str，该流程的计算时间将会指数级增加（有关正则表达式注入请了解一下）；所以需要对pattern进行优化并剪去不可能的分支。

先展示一下我的提交列表（前前后后共进行了5次优化）

v0.1 版本

func sMatch(pattern, str []rune) bool {
    if len(str) <= 0 {
        if len(pattern) <= 0 {
            return true
        }
        for _, c := range pattern {
            if c != '*' {
                return false
            }
        }
        return true
    }
    if len(pattern) <= 0 {
        return false
    }
    sl := len(str)
    pIndex := 0
    i := 0
    for i = 0; i < sl; i++ {
        if pIndex >= len(pattern) {
            break
        }
        switch pattern[pIndex] {
        case '*':
            gl := sl
            flag := false
            for gl >= i && gl >= 0{
                if sMatch(pattern[pIndex+1:], str[gl:]) {
                    flag = true
                    break
                }
                gl-- //丢弃一个
            }
            return flag
        case '?':
            pIndex++
        default:
            if str[i] != pattern[pIndex] {
                return false
            }
            pIndex++
        }
    }
    if i == len(str) && pIndex != len(pattern) {
        for i := pIndex; i < len(pattern); i++ {
            if pattern[i] != '*' {
                return false
            }
        }
        return true
    }
    if pIndex != len(pattern) || i != len(str) {
        return false
    }
    return true
}

func isMatch(s string, p string) bool {
    if len(s) <= 0 {
        if len(p) <= 0 {
            return true
        }
        for _, c := range p {
            if c != '*' {
                return false
            }
        }
        return true
    }
    if len(p) <= 0 {
        return false
    }
    return sMatch([]rune(p), []rune(s))
}

死在了这个case上:

str: "bbbababbbbabbbbababbaaabbaababbbaabbbaaaabbbaaaabb"
pattern: "*b********bb*b*bbbbb*ba"

v0.1 以贪婪匹配规则回溯的，然后将算法改为以懒惰匹配规则回溯，成功通过这个case

v0.2版本

```省略
        case '*':
            gl := i
            flag := false
            for gl < sl{
                if pIndex == len(pattern)-1 {
                    return true
                }
                if sMatch(pattern[pIndex+1:], str[gl:]) {
                    flag = true
                    break
                }
                gl++ //要一个
            }
            return flag
```省略

然而又死在了这个case上:

str: "aaaabaaaabbbbaabbbaabbaababbabbaaaababaaabbbbbbaabbbabababbaaabaabaaaaaabbaabbbbaababbababaabbbaababbbba"
pattern: "*****b*aba***babaa*bbaba***a*aaba*b*aa**a*b**ba***a*a*"

突然，我想到相连的多个*不就等于单个* (a** <=> a* 一个道理)

v0.3版本

``` 省略
    nPattern := make([]rune, 0, len(p))
    flag := false
    for _, v := range p {
        if v == '*' && flag {
            continue
        }
        if v == '*' {
            flag = true
        } else {
            flag = false
        }
        nPattern = append(nPattern, v)
    }
    return sMatch(nPattern, []rune(s))
```省略

想着这回应该OK了吧（真是有够折磨人的，多亏了好case不然就没有下面的优化了）

case: 这里改一下，timeout了（啥！！！！）

str: "abbabaaabbabbaababbabbbbbabbbabbbabaaaaababababbbabababaabbababaabbbbbbaaaabababbbaabbbbaabbbbababababbaabbaababaabbbababababbbbaaabbbbbabaaaabbababbbbaababaabbababbbbbababbbabaaaaaaaabbbbbaabaaababaaaabb"
pattern: "**aa*****ba*a*bb**aa*ab****a*aaaaaa***a*aaaa**bbabb*b*b**aaaaaaaaa*a********ba*bbb***a*ba*bb*bb**a*b*bb"

终于我又发现（我其实一开始就知道，只是不知道如何表现），pattern中非*的子串必定存在于str中，不然必定匹配失败!

v0.4版本诞生

func prepareMatch(pattern, str string) bool {
    p1 := strings.Replace(pattern, "?", "*", len(pattern))
    p2 := strings.Split(p1, "*")
    if len(p2) > 1 {
        for _, v := range p2 {
            if v == "" {
                continue
            }
            if strings.Count(p1, v) > strings.Count(str, v) {
                return false
            }
        }
    }
    return true
}


```省略
    if !prepareMatch(p, s) {
        return false
    }
    return sMatch(nPattern, []rune(s))
```省略

其实这一版的优化有点小瑕疵，优化的大概意思是pattern中非*?的子串出现的次数应该等于它们在str中出现的次数，但是我忽略了它们之前的出现顺序，所以又一个case让我timeout了

str: "aaaaaabbaabaaaaabababbabbaababbaabaababaaaaabaaaabaaaabababbbabbbbaabbababbbbababbaaababbbabbbaaaaaaabbaabbbbababbabbaaabababaaaabaaabaaabbbbbabaaabbbaabbbbbbbaabaaababaaaababbbbbaabaaabbabaabbaabbaaaaba"
pattern: "*bbb**a*******abb*b**a**bbbbaab*b*aaba*a*b**a*abb*aa****b*bb**abbbb*b**bbbabaa*b**ba**a**ba**b*a*a**aaa"

不知道看到这个case的各位，有没有发现pattern和str的末尾字串并不匹配，但是因为匹配顺序是从前往后，即使最终匹配失败，程序还是会傻呼呼的尝试完所有可能，因此v0.5终于诞生了（顺便修复了v0.4版本的小瑕疵）。

v0.5版本（终焉版本）

func prepareMatch(pattern, str string) bool {
    p1 := strings.Replace(pattern, "?", "*", len(pattern))
    p2 := strings.Split(p1, "*")
    cs := str
    //第一步预处理
    if len(p2) > 1 {
        for _, v := range p2 {
            if v == "" {
                continue
            }
            if i := strings.Index(cs, v); i < 0 {
                return false
            } else {
                cs = cs[i+len(v):]
            }
        }
    }
    //第二步预处理
    if pattern[len(pattern)-1] != '*' && len(p2) > 2{
        if !strings.HasSuffix(str, p2[len(p2)-1]) {
            return false;
        }
    }
    return true
}

优化了v0.4出现的两个问题

编程的乐趣可能还是不断解决程序运行的问题的过程！

完整终焉版本

import "strings"

func sMatch(pattern, str []rune) bool {
    if len(str) <= 0 {
        if len(pattern) <= 0 {
            return true
        }
        for _, c := range pattern {
            if c != '*' {
                return false
            }
        }
        return true
    }
    if len(pattern) <= 0 {
        return false
    }
    sl := len(str)
    pIndex := 0
    i := 0
    for i = 0; i < sl; i++ {
        if pIndex >= len(pattern) {
            break
        }
        switch pattern[pIndex] {
        case '*':
            gl := i
            flag := false
            for gl < sl{
                if pIndex == len(pattern)-1 {
                    return true
                }
                if sMatch(pattern[pIndex+1:], str[gl:]) {
                    flag = true
                    break
                }
                gl++ //要一个
            }
            return flag
        case '?':
            pIndex++
        default:
            if str[i] != pattern[pIndex] {
                return false
            }
            pIndex++
        }
    }
    if i == len(str) && pIndex != len(pattern) {
        for i := pIndex; i < len(pattern); i++ {
            if pattern[i] != '*' {
                return false
            }
        }
        return true
    }
    if pIndex != len(pattern) || i != len(str) {
        return false
    }
    return true
}

//优化
func prepareMatch(pattern, str string) bool {
    p1 := strings.Replace(pattern, "?", "*", len(pattern))
    p2 := strings.Split(p1, "*")
    cs := str
    //第一步预处理
    if len(p2) > 1 {
        for _, v := range p2 {
            if v == "" {
                continue
            }
            if i := strings.Index(cs, v); i < 0 {
                return false
            } else {
                cs = cs[i+len(v):]
            }
        }
    }
    //第二步预处理
    if pattern[len(pattern)-1] != '*' && len(p2) > 2{
        if !strings.HasSuffix(str, p2[len(p2)-1]) {
            return false;
        }
    }
    return true
}

func isMatch(s string, p string) bool {
    if len(s) <= 0 {
        if len(p) <= 0 {
            return true
        }
        for _, c := range p {
            if c != '*' {
                return false
            }
        }
        return true
    }
    if len(p) <= 0 {
        return false
    }
    nPattern := make([]rune, 0, len(p))
    flag := false
    for _, v := range p {
        if v == '*' && flag {
            continue
        }
        if v == '*' {
            flag = true
        } else {
            flag = false
        }
        nPattern = append(nPattern, v)
    }
    if !prepareMatch(p, s) {
        return false
    }
    return sMatch(nPattern, []rune(s))
}

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来源： https://blog.csdn.net/qq_36557960/article/details/104083016