「算法」设计亚线性算法检查两个字符串是否相同

发布于 2023-03-21  104 次阅读


思路

要设计一个亚线性算法来检查两个字符串是否相同,可以使用Bloom Filter。Bloom Filter是一种概率数据结构,它可以有效地检查一个元素是否属于一个集合。它的主要思想是使用多个哈希函数将元素映射到一个位数组中,并将其对应的位设置为1。当查询一个元素时,将其哈希到位数组中,并检查对应的位是否都为1。如果有任何一个位为0,则该元素不属于集合中。如果所有位都为1,则该元素可能属于集合中,但可能是假阳性。在这种情况下,需要进行更详细的检查以确定该元素是否真正存在于集合中。

对于检查两个字符串是否相同,可以将它们分别插入两个Bloom Filter中,并检查它们的位数组是否完全相同。如果两个位数组不完全相同,则可以确定这两个字符串不相同。如果两个位数组完全相同,则需要进一步检查这两个字符串是否真正相同。这可以通过常规的字符串比较算法来完成,因为布隆过滤器已经排除了大部分不相同的情况,所以字符串比较的成本将大大降低。因此,该算法的时间复杂度为O(n),其中n是字符串的长度,这是一个亚线性算法。

代码

以下是一个用Python实现Bloom Filter检查两个字符串是否相同的例子:

import hashlib

class BloomFilter:
    def __init__(self, n, k):
        self.bits = [False] * n
        self.k = k
        
    def add(self, value):
        for i in range(self.k):
            hash_value = int(hashlib.sha256(str(value + str(i)).encode()).hexdigest(), 16)
            index = hash_value % len(self.bits)
            self.bits[index] = True
            
    def contains(self, value):
        for i in range(self.k):
            hash_value = int(hashlib.sha256(str(value + str(i)).encode()).hexdigest(), 16)
            index = hash_value % len(self.bits)
            if not self.bits[index]:
                return False
        return True

def are_strings_equal(s1, s2):
    if len(s1) != len(s2):
        return False
    bloom1 = BloomFilter(10000, 5)  # 创建两个Bloom Filter实例
    bloom2 = BloomFilter(10000, 5)
    for i in range(len(s1)):
        bloom1.add(s1[i])  # 将字符串1中的字符添加到bloom1中
        bloom2.add(s2[i])  # 将字符串2中的字符添加到bloom2中
    if bloom1.bits != bloom2.bits:  # 检查两个位数组是否相同
        return False
    return s1 == s2  # 如果位数组相同,则进一步检查字符串是否相同

# 示例用法
s1 = "hello"
s2 = "world"
s3 = "hello"
print(are_strings_equal(s1, s2))  # False
print(are_strings_equal(s1, s3))  # True

在这个例子中,BloomFilter类实现了布隆过滤器的基本功能,包括添加元素和检查元素是否存在。are_strings_equal函数使用了两个Bloom Filter实例来分别存储两个字符串中的字符,并比较它们的位数组是否相同。如果两个位数组相同,则进一步比较字符串是否相同。这个算法的时间复杂度取决于Bloom Filter的大小,它可以在常数时间内检查一个元素是否属于集合,因此可以称之为亚线性算法。


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