[转载]动态规划 | 带有通配符的字符串匹配(浅显易懂)

带有通配符的字符串匹配

一、Leetcode | 44 Wildcard Matching(只有一个字符串包含通配符)

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题目很简单,就是说两个字符串,一个含有通配符,去匹配另一个字符串;输出两个字符串是否一致。

注意:’?’表示匹配任意一个字符,’*’表示匹配任意字符0或者多次

首先,我们想到暴力破解。如果从头到尾的破解,到第二个字符时,是否匹配成功取决于第一个字符是否匹配成功! 所以我们想到应该要用到动态规划;

既然用到动态规划,最重要的是设置初值找到递推式:

于是,我们开始分析初值怎么设;其实很简单,把这个匹配问题可以想象成一个矩阵dp,纵轴代表含有通配符的匹配字符串s2, 横轴代表要匹配的字符串s1。假设现在s2=”a*b”, s1=”abc” 如图:

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对应空位就是截止到当前的 (i,j) 位置,两字符串是否匹配。匹配为 T(true),不匹配为 F(false),最后返回最右下角的值,就是当前两个字符串是否匹配的最终值;

现在我们要做的设置初值,所以我们大可多加一行和一列,来填充初值;s1既然是要匹配的,我们都设为 F(即dp[0][1]=F,dp[0][2]=F,dp[0][3]=F),表示当前还未开始匹配。而s2的初值,我们发现如果星号和a调换位置,星号可以匹配任意字符串,所以dp[i][0]的值取决于该位置是否为星号和上一个位置d[i-1][0]是否为T(其实就是上一个位置是否也是星号),所以我们设置dp[0][0]为 T。所以形成下图:

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此时初值已经设置完毕,我们要找到递推式;经局部推算,我们发现递推式应该有两种,一种是当s2的字符是星号,另一种是s2的字符是非星号。

先看星号的情况:当要计算dp[2][1](即要匹配a*和a时),我们发现是取决于dp[1][1](即a和a是否匹配),当要计算dp[2][2] (即要匹配a*和ab时),是取决于dp[2][1] (即a*和a是否匹配)。抽象一下,星号和任意字符(0或多个)都匹配。所以字符串截止到星号匹配的情况,取决于当前位置向上和向左的情况(即可以为0个字符,也可以为多个字符)。所以此时递推式为dp[i][j]=dp[i1][j]||dp[i][j1]dp[i][j]=dp[i−1][j]||dp[i][j−1] 如图:

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再看非星号的情况:当要计算dp[3][2] (即要匹配a*b和ab时),则取决于dp[2][1]和a[3][2] (即a*和a是否匹配,同时b和b是否匹配);所以可以得到递推式 dp[i][j] = dp[i-1][j-1]&&a[i][j]dp[i][j] = dp[i-1][j-1]&&a[i][j]。如图:

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最后我们得到了初值和两个递推式,就可以上代码了;

//isMatch: s1无通配符,s2有通配符, '?'表示匹配任意一个字符,'*'表示匹配任意字符0或者多次
    public static boolean isMatch(String s1, String s2) {
        int countXing = 0;
        for(char c : s2.toCharArray())
            countXing++;
        if(s2.length() - countXing > s1.length() ) //说明s2去掉通配符,长度也长于s1
            return false;

        //动态规划设置初值
        boolean[][] dp = new boolean[s2.length()+1][s1.length()+1]; 
        dp[0][0] = true;

        for(int i=1; i<=s2.length(); i++) {
            char s2_char = s2.charAt(i-1);
            dp[i][0] = dp[i-1][0] && s2_char=='*'; //设置每次循环的初值,即当星号不出现在首位时,匹配字符串的初值都为false
            for(int j=1; j<=s1.length(); j++) {
                char s1_char = s1.charAt(j-1);
                if(s2_char == '*') 
                    dp[i][j] = dp[i-1][j] || dp[i][j-1]; //动态规划递推式(星号) 表示星号可以匹配0个(决定于上次外循环的结果)或者多个(决定于刚才内循环的结果)
                else 
                    dp[i][j] = dp[i-1][j-1] && (s2_char=='?' || s1_char == s2_char); //动态规划递推式(非星号) 表示dp值取决于上次的状态和当前状态
            }
        }
        return dp[s2.length()][s1.length()];
    }
  
  

    二、Leetcode | 10 Regular Expression Matching(正则通配符)


    这道题是把*的概念变了,它代表匹配星号之前元素的0个或多个。即 c* 带便0个或者多个c。

    所以具体代码和思路写到代码注释里了。大家可以对照上面的题看看。

    public class Solution {
        public boolean isMatch(String s, String p) {
           //有两个假设,一个是不会出现c**的格式;第二个打头的一定是字母
           //dp[i, j] means matching status between s.Substring(0, j) and p.Substring(0, i)
           boolean[][] dp = new boolean[p.length()+1][s.length()+1];
           dp[0][0] = true;
    
           for(int i=1; i<=p.length(); i++) {
               char pchar = p.charAt(i-1);
               //dp[i, 0] means if patter.Substring(0, i) matches empty string
               if(i > 1 && pchar=='*') dp[i][0] = dp[i-2][0]; 
    
               for(int j=1; j<=s.length(); j++) { 
                   char schar = s.charAt(j-1);
                   if(i > 1 && pchar == '*') {
                       //p可以匹配多个或0个pchar元素,所以检查上一个,是是否匹配多个,检查上上一个,是匹配了0个,检查上上一个匹配元素的状态(这是竖着的)
                       dp[i][j] = dp[i-2][j] || dp[i-1][j];
                       if(j > 1 && match(schar, p.charAt(i-2))) //从第二列(p的第二个字符开始),是否有连续匹配
                            dp[i][j] = dp[i][j] || dp[i][j-1];
                   } else {
                       dp[i][j] = match(schar, pchar) && dp[i-1][j-1];
                   }
    
               }
           }
           return dp[p.length()][s.length()];
        }
    
        boolean match(char c, char p) {
            if (p == '.') return true;
            else return c == p;
        }
    }

    以上只是自己的理解,希望大家多多交流!

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