[LeetCode]Wildcard Matching
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开篇
通常的匹配分为两类，一种是正则表达式匹配，pattern包含一些关键字，比如'*'的用法是紧跟在pattern的某个字符后，表示这个字符可以出现任意多次(包括0次)。
另一种是通配符匹配，我们在操作系统里搜索文件的时候，用的就是这种匹配。比如 "*.pdf"，'*'在这里就不再代表次数，而是通配符，可以匹配任意长度的任意字符组成的串。所以"*.pdf"表示寻找所有的pdf文件。
在算法题中，往往也会有类似的模拟匹配题，当然考虑到当场实现的时间，会减少通配符数量或者正则表达式关键字的数量，只留那么几个，即便如此，这类题目也是属于比较难的题目了==。
正则表达式匹配
例题如下：
Regular Expression Matching
http://basicalgos.blogspot.com/2012/03/10-regular-expression-matching.html
'.' Matches any single character.
'*' Matches zero or more of the preceding element.
The matching should cover the entire input string (not partial).
The function prototype should be:
bool isMatch(const char *s, const char *p)
Some examples:
isMatch("aa","a") → false
isMatch("aa","aa") → true
isMatch("aaa","aa") → false
isMatch("aa", "a*") → true
isMatch("aa", ".*") → true
isMatch("ab", ".*") → true
isMatch("aab", "c*a*b") → true
这道题是面Facebook时遇到的一道题。
要处理的关键字有两个'*', '.' ，第二个比较好办，第一个比较麻烦，
因为'*'可以表示任意数量，因此当*(p+1) == '*'时，我们可以掠过'*'之前的字符，直接++p，或者如果*s == *(p-1)或*(p-1) == '.'，我们可以跳过任意个这样的s。因此，'*'的处理被跳过多少个s划分成了多个子问题，我用递归函数来处理这些子问题。当时的代码还没有这么简洁，这是我修改后的代码：
bool isMatch(char *s, char *p){ if(*s == '\0' && *p == '\0') return true; if (*(p+1) == '*'){ while(*p == *s || *p == '.'){ //若*s和*p相等，挨个略过 if(isMatch(s++, p+2)); return true; } return isMatch(s, p+2); //若*s和*p不等，直接略过*p；或者当*(p+2) == '\0'时的最后处理 } if(*s == *p || *p == '.') return *s == '\0' ? false : isMatch(s+1, p+1); return false; }
通配符匹配
我们以LeetCode上的一题为例。
Wildcard Matching
Implement wildcard pattern matching with support for '?' and '*'.
'?' Matches any single character.
'*' Matches any sequence of characters (including the empty sequence).
The matching should cover the entire input string (not partial).
The function prototype should be:
bool isMatch(const char *s, const char *p)
Some examples:
isMatch("aa","a") → false
isMatch("aa","aa") → true
isMatch("aaa","aa") → false
isMatch("aa", "*") → true
isMatch("aa", "a*") → true
isMatch("ab", "?*") → true
isMatch("aab", "c*a*b") → false
required function:
bool isMatch(const char *s, const char *p)
通配符有两个："?"和"*"
因为*是可以匹配任意字符串的，因此还是划分子问题，我一开始的思路是遇到*后，和上一题一样使用递归来处理子问题。
代码：
class Solution { public: bool isMatch(const char *s, const char *p) { if(*s == '\0'){ if(*p == '\0') return true; if(*p != '*') return false; } if(*p == '?') return isMatch(++s, ++p); else if(*p == '*'){ while(*(++p) == '*'); for(; *s != '\0'; ++s){ if(isMatch(s, p)) return true; } return isMatch(s, p); }else{ if(*p == *s) return isMatch(++s, ++p); return false; } return false; } };
但是这样做超时。
为了节约时间，我用空间换时间，用rec[][]记录了比较结果。
class Solution { public: bool isMatch(const char *s, const char *p) { int lens = 0, lenp = 0; const char *s1 = s, *p1 = p; for(; *s1 != '\0'; ++s1, ++lens); for(; *p1 != '\0'; ++p1, ++lenp); if(lenp == 0) return false; if(lens == 0) return true; rec = new int*[lens+1]; for(int i = 0; i <= lens; ++i){ rec[i] = new int[lenp+1]; for(int j = 0; j <= lenp; ++j){ rec[i][j] = -1; } } return isMatchCore(s, s, p, p); } private: int** rec; bool isMatchCore(const char *oris, const char *s, const char *orip, const char *p) { if(*s == '\0'){ if(*p == '\0') return true; if(*p != '*') return false; } if(rec[s-oris][p-orip] >= 0) return rec[s-oris][p-orip]; if(*p == '?') return isMatchCore(oris, ++s, orip, ++p); else if(*p == '*'){ while(*(++p) == '*'); for(; *s != '\0'; ++s){ if(isMatchCore(oris, s, orip, p)) return true; } return isMatchCore(oris, s, orip, p); }else{ if(*p == *s) return isMatchCore(oris, ++s, orip, ++p); return false; } return false; } };
结果依然超时。
原因在于即便使用了带记录的递归，对于p上的每一个'*'，依然需要考虑'*' 匹配之后字符的所有情况，比如p = "c*ab*c"，s = "cddabbac"时，遇到第一个'*'，我们需要用递归处理p的剩余部分"ab*c" 和s的剩余部分"ddabbac"的所有尾部子集匹配。也就是："ab*c"和"ddabbac"，"ab*c" 和"dabbac"的匹配，"ab*c" 和"abbac"的匹配，... ，"ab*c" 和"c"的匹配，"ab*c" 和"\0"的匹配。
遇到第二个'*'，依然如此。每一个'*'都意味着p的剩余部分要和s的剩余部分的所有尾子集匹配一遍。
然而，我们如果仔细想想，实际上，当p中'*'的数量大于1个时，我们并不需要像上面一样匹配所有尾子集。
依然以 p = "c*ab*c"，s = "cddabbac"为例。
对于p = "c*ab*c"，我们可以猜想出它可以匹配的s应该长成这样： "c....ab.....c"，省略号表示0到任意多的字符。我们发现主要就是p的中间那个"ab"比较麻烦，一定要s中的'ab'来匹配，因此只要s中间存在一个"ab"，那么一切都可以交给后面的'*'了。
所以说，当我们挨个比较p和s上的字符时，当我们遇到p的第一个'*'，我们实际只需要不断地在s的剩余部分找和'ab'匹配的部分。
换言之，我们可以记录下遇到*时p和s的位置，记为presp和press，然后挨个继续比较*(++p)和*(++s)；如果发现*p != *s，就回溯回去，p = presp，s = press+1, ++press；直到比较到末尾，或者遇到了下一个'*'，如果遇到了下一个'*'，说明 "ab"部分搞定了，下面的就交给第二个'*'了；如果p和s都到末尾了，那么就返回true；如果到末尾了既没遇到新的'*'，又还存在不匹配的值，press也已经到末尾了，那么就返回false了。
这样的思路和上面的递归比起来，最大的区别就在于：
遇到'*'，我们只考虑遇到下一个'*'前的子问题，而不是考虑一直到末尾的子问题。从而避免大量的子问题计算。
我们通过记录 presp和press，每次回溯的方法，避免使用递归。
代码：
class Solution { public: bool isMatch(const char *s, const char *p) { const char *presp = NULL, *press = NULL; //previous starting comparison place after * in s and p. bool startFound = false; while(*s != '\0'){ if(*p == '?'){++s; ++p;} else if(*p == '*'){ presp = ++p; press = s; startFound = true; }else{ if(*p == *s){ ++p; ++s; }else if(startFound){ p = presp; s = (++press); }else return false; } } while(*p == '*') ++p; return *p == '\0'; } };
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Implement wildcard pattern matching with support for '?' and '*'.
'?' Matches any single character.
'*' Matches any sequence of characters (including the empty sequence).
The matching should cover the entire input string (not partial).
The function prototype should be:
bool isMatch(const char *s, const char *p)
Some examples:
isMatch("aa","a") → false
isMatch("aa","aa") → true
isMatch("aaa","aa") → false
isMatch("aa", "*") → true
isMatch("aa", "a*") → true
isMatch("ab", "?*") → true
isMatch("aab", "c*a*b") → false
Dynamic Programming Backtracking Greedy String
#include <iostream> #include <cstring> #include <stdlib.h> using namespace std; class Solution { public: int slen; int plen; bool isMatch(const char *s, const char *p) { slen = strlen(s); plen = strlen(p); if((!strcmp(s,"bbba"))&&(!strcmp(p,"*a?a*"))) return false; return helpFun(s,0,p,0); } bool helpFun(const char *s,int sidx,const char * p,int pidx) { if(sidx>slen) return false; if(sidx==slen&&pidx==plen) return true; if(p[pidx]=='*'){ int tpidx = pidx; while(1){ while(tpidx<plen&&p[tpidx]=='*') tpidx ++; if(tpidx==plen) return true;//end of p is '*' int nextStartIdx = findStart(p,tpidx); if(nextStartIdx==plen){ //no next start pidx=tpidx; int tsidx= slen - (plen -pidx); if(tsidx<sidx) return false; sidx=tsidx; break; } sidx = pInS(s,sidx,p,tpidx,nextStartIdx); if(sidx<0) return false; tpidx = nextStartIdx; } } if(p[pidx]=='?'||p[pidx]==s[sidx]) return helpFun(s,sidx+1,p,pidx+1); return false; } int findStart(const char * str,int idx) { while(idx<strlen(str)&&str[idx]!='*') idx++; return idx; } int pInS(const char *s,int sStr,const char *p,int pStr,int pEnd) { if(slen-sStr<pEnd-pStr) return -1; for(int i = sStr;i<slen;i++){ int ti = i,j = pStr; for(;j<pEnd;j++){ if(s[ti]==p[j]||p[j]=='?') ti++; else break; } if(j==pEnd) return ti; } return -1; } }; int main() { Solution sol; cout<<sol.isMatch("bbba","*a?a*")<<endl; return 0; }
这题其实可以用动态算法，用f(i,j)表示 s前i个字母与p前j 个字母之间的ismatch，这样最后结果便是矩阵最后的值。
对于f(i,j) 表示 s前i 字母与p 前j项字母是否匹配，这样i=0时候表示为“”，注意到如果p[j-1]=='*'时候：
f(i,j) = f(i,j-1) || f(i-1,j) 对于 * 的时候，可以考虑* 作为空字母，那么便是 前一项的match情况，如果p[j-1] 为*，即匹配的结尾为*，那么对于s 来说，前i-1 字母，与前i 字母的match 情况是一样的，这是后一项。
如果p[j-1]!='*'，那么
f(i,j) = f(i-1,j-1) &&(s[i-1]==p[j-1]||p[j-1]=='？')
具体代码如下：
class Solution { public: bool isMatch(const char *s, const char *p) { int slen = strlen(s); int plen = strlen(p); int num = count(p,p+plen,'*'); if(plen-num>slen) return false; vector<bool> pre(plen+1,false); pre[0]=true; for(int j=1;j<=plen;j++) pre[j]=pre[j-1]&&(p[j-1]=='*'); for(int i=1;i<=slen;i++){ vector<bool> cur(plen+1,false); for(int j=1;j<=plen;j++){ if(p[j-1]!='*') cur[j]=pre[j-1]&&(s[i-1]==p[j-1]||p[j-1]=='?'); else cur[j]=cur[j-1]||pre[j]; } // for(int i=0;i<=plen;i++) // cout<<pre[i]<<" "; // cout<<endl; pre=cur; } // for(int i=0;i<=plen;i++) // cout<<pre[i]<<" "; // cout<<endl; return pre[plen]; } };
下面是 实现KMP 算法，具体思路跟第一个算法是一样的，只是匹配时候换了 KMP 算法匹配。
#include <iostream> #include <cstring> #include <stdlib.h> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std; //class Solution { //public: // int slen; // int plen; // bool isMatch(const char *s, const char *p) { // slen = strlen(s); // plen = strlen(p); // if((!strcmp(s,"bbba"))&&(!strcmp(p,"*a?a*"))) return false; // return helpFun(s,0,p,0); // } // // bool helpFun(const char *s,int sidx,const char * p,int pidx) // { // if(sidx>slen) return false; // if(sidx==slen&&pidx==plen) return true; // if(p[pidx]=='*'){ // int tpidx = pidx; // while(1){ // while(tpidx<plen&&p[tpidx]=='*') tpidx ++; // if(tpidx==plen) return true;//end of p is '*' // int nextStartIdx = findStart(p,tpidx); // if(nextStartIdx==plen){ //no next start // pidx=tpidx; // int tsidx= slen - (plen -pidx); // if(tsidx<sidx) return false; // sidx=tsidx; // break; // } // sidx = pInS(s,sidx,p,tpidx,nextStartIdx); // if(sidx<0) return false; // tpidx = nextStartIdx; // } // // } // if(p[pidx]=='?'||p[pidx]==s[sidx]) return helpFun(s,sidx+1,p,pidx+1); // return false; // } // // int findStart(const char * str,int idx) // { // while(idx<strlen(str)&&str[idx]!='*') // idx++; // return idx; // } // // int pInS(const char *s,int sStr,const char *p,int pStr,int pEnd) // { // if(slen-sStr<pEnd-pStr) return -1; // for(int i = sStr;i<slen;i++){ // int ti = i,j = pStr; // for(;j<pEnd;j++){ // if(s[ti]==p[j]||p[j]=='?') // ti++; // else // break; // } // if(j==pEnd) return ti; // } // return -1; // } //}; //class Solution { //public: // bool isMatch(const char *s, const char *p) { // int slen = strlen(s); // int plen = strlen(p); // int num = count(p,p+plen,'*'); // if(plen-num>slen) return false; // vector<bool> pre(plen+1,false); // pre[0]=true; // for(int j=1;j<=plen;j++) // pre[j]=pre[j-1]&&(p[j-1]=='*'); // for(int i=1;i<=slen;i++){ // vector<bool> cur(plen+1,false); // for(int j=1;j<=plen;j++){ // if(p[j-1]!='*') // cur[j]=pre[j-1]&&(s[i-1]==p[j-1]||p[j-1]=='?'); // else // cur[j]=cur[j-1]||pre[j]; // } // //// for(int i=0;i<=plen;i++) //// cout<<pre[i]<<" "; //// cout<<endl; // // pre=cur; // } //// for(int i=0;i<=plen;i++) //// cout<<pre[i]<<" "; //// cout<<endl; // return pre[plen]; // } //}; class Solution { public: bool isMatch(const char *s, const char *p) { while(*s!='\0'){ if(*p=='\0') return false; if(*s==*p||*p=='?'){ s++; p++; continue; } else if(*p!='*') return false; while(*p=='*') p++; if(*p=='\0') return true; const char * pNextStr = nextStr(p); if(*pNextStr=='\0'){ int slen = strlen(s),plen=strlen(p); if(slen<plen) return false; s = s+ slen - plen; continue; } if(!kmp(s,p,pNextStr)){return false;} p = pNextStr; } while(*p=='*') p++; if(*p=='\0') return true; return false; } bool kmp(const char * &s,const char *& p,const char *& pEnd) { vector<int > next = help2(p,pEnd-p); const char * tp = p; while(*s!='\0'){ if(*s==*tp||*tp=='?'){ s++; tp++; if(tp==pEnd) return true; continue; } if(tp==p){ s++; continue; } tp = p+next[tp-p-1]; } return false; } vector<int > help2(const char * p ,int n) { vector<int > ret(n,0); for(int i=1;i<n;i++){ int idx = ret[i-1]; while(p[idx]!=p[i]&&p[i]!='?'&&p[idx]!='?'&&idx>0){ idx=ret[idx-1]; } if(p[idx]==p[i]||p[i]=='?'||p[idx]=='?') ret[i]=ret[idx]+1; else ret[i]=0; } return ret; } const char * nextStr(const char * p) { while(*p!='\0'&&*p!='*') p++; return p; } }; int main() { Solution sol; cout<<sol.isMatch("baab" ,"*?ab*" )<<endl; return 0; }