找不同——巧妙发现字符串中的差异

前端

2023-10-06 09:42:15

简介

在编程中，我们经常需要比较两个字符串并找出它们的差异。这可能用于多种目的，例如检查用户输入的有效性、比较文件的内容或检测数据的变化。

有许多不同的算法可以用来比较两个字符串并找出它们的差异。最简单的方法之一是使用循环来逐个字符地比较两个字符串。如果在任何一点上两个字符不同，则可以得出结论，两个字符串是不同的。

然而，这种方法可能非常低效，特别是对于长字符串。为了提高效率，我们可以使用更复杂的算法，如Rabin-Karp算法或Knuth-Morris-Pratt算法。这些算法可以在线性和对数时间内比较两个字符串，这比简单循环方法要快得多。

算法

简单循环

最简单的方法来比较两个字符串并找出它们的差异是使用循环来逐个字符地比较两个字符串。如果在任何一点上两个字符不同，则可以得出结论，两个字符串是不同的。

这种方法非常简单易懂，但它可能非常低效，特别是对于长字符串。为了提高效率，我们可以使用更复杂的算法，如Rabin-Karp算法或Knuth-Morris-Pratt算法。

Rabin-Karp算法

Rabin-Karp算法是一种字符串匹配算法，它使用哈希函数来快速查找字符串中的模式。该算法首先将模式字符串和要搜索的字符串都转换为数字。然后，它使用哈希函数对模式字符串的数字表示进行哈希，并将结果与要搜索的字符串的数字表示的哈希值进行比较。如果哈希值匹配，则算法会检查模式字符串和要搜索的字符串的字符表示是否也匹配。

Rabin-Karp算法的时间复杂度为O(m + n)，其中m是模式字符串的长度，n是要搜索的字符串的长度。这比简单循环方法要快得多，特别是对于长字符串。

Knuth-Morris-Pratt算法

Knuth-Morris-Pratt算法是一种字符串匹配算法，它使用失败函数来快速查找字符串中的模式。该算法首先为模式字符串构建一个失败函数。失败函数的每个值都表示模式字符串中某个字符的前缀和后缀的最长公共前缀的长度。

然后，算法使用失败函数来比较模式字符串和要搜索的字符串。当算法遇到要搜索的字符串中的字符与模式字符串中的字符不匹配时，它会使用失败函数来跳过模式字符串中的某些字符，并继续比较模式字符串和要搜索的字符串。

Knuth-Morris-Pratt算法的时间复杂度为O(m + n)，其中m是模式字符串的长度，n是要搜索的字符串的长度。这比简单循环方法要快得多，特别是对于长字符串。

示例代码

以下是用Python编写的简单循环方法的示例代码：

def find_differences(s, t):
  """
  找出两个字符串之间的差异。

  参数：
    s: 第一个字符串。
    t: 第二个字符串。

  返回值：
    两个字符串之间的差异。
  """

  differences = []
  for i in range(len(s)):
    if s[i] != t[i]:
      differences.append(i)

  return differences

以下是用Python编写的Rabin-Karp算法的示例代码：

def find_differences_rabin_karp(s, t):
  """
  使用Rabin-Karp算法找出两个字符串之间的差异。

  参数：
    s: 第一个字符串。
    t: 第二个字符串。

  返回值：
    两个字符串之间的差异。
  """

  # 将字符串转换为数字。
  s_num = 0
  t_num = 0
  for i in range(len(s)):
    s_num += ord(s[i]) * (31 ** i)
    t_num += ord(t[i]) * (31 ** i)

  # 计算哈希值。
  s_hash = hash(s_num)
  t_hash = hash(t_num)

  # 比较哈希值。
  if s_hash != t_hash:
    return find_differences(s, t)

  # 检查字符表示是否也匹配。
  for i in range(len(s)):
    if s[i] != t[i]:
      return find_differences(s, t)

  # 两个字符串相同。
  return []

以下是用Python编写的Knuth-Morris-Pratt算法的示例代码：

def find_differences_knuth_morris_pratt(s, t):
  """
  使用Knuth-Morris-Pratt算法找出两个字符串之间的差异。

  参数：
    s: 第一个字符串。
    t: 第二个字符串。

  返回值：
    两个字符串之间的差异。
  """

  # 构建失败函数。
  failure_function = build_failure_function(s)

  # 比较模式字符串和要搜索的字符串。
  i = 0
  j = 0
  differences = []
  while i < len(t):
    if s[j] == t[i]:
      i += 1
      j += 1
      if j == len(s):
        differences.append(i - j)
        j = failure_function[j - 1]
    else:
      if j > 0:
        j = failure_function[j - 1]
      else:
        i += 1

  # 返回差异。
  return differences