Myers' diff 算法

寫這篇文章,

一、DiffUtil 對比列表item 數據,git 文件對比都用到了這個算法。
二、發(fā)現(xiàn)國內的博客,帖子,對這個算法的描述很少很少,算法本身又難以理解。
三、上篇DiffUtil 源碼分析時遇到了這個算法,我覺得程序員不能怕算法,要跟算法死磕到底,要往下挖源碼。
書讀百遍其義自現(xiàn),閱讀算法代碼也是如此。

對比原則和圖畫結合

兩個字符串,a = "ACBA" b = "CBA"對比這兩個字符的差異,有什么發(fā)現(xiàn)?
你會脫口而出 :
a 比 b 最前面多了一個"A"
為什么不是:
第一位,A≠C,第二位,C≠B,第三位,B≠A,第四位,b少了一位
由此得到我們對比的原則(我總結的):

  • 計算最大重合部分("CBA"),改變字符最小的原則。

用圖片表示,畫上斜線的格子就是重合的部分("CBA")。(注意這張圖片,這個算法是用表格的方式理解的)


ACBA.png

我們最開始的描述: 第一位多了一個"A",其余不變,是改變最小的
圖表的描述就是:x 方向(向右)一步,其余斜線,是橫縱走得最少的。

  • 向右一步=增加了 "A",改變最小=橫縱走得最少

看圖:


ACBA.png

新數據a = "AB" 比上 b= "BB"
有兩條最短路徑,向右一步,向下一步或者向下一步,向右一步。
我們選擇向右一步向下一步的,圖表的方式是:向右一步再向下一步,其余斜線。我們的描述是:新數據a相對于舊數據b,第一位增加了a中的A,減去了b中的B,其余不變。

  • 向下=減去

上面能做到圖畫,和邏輯結合了,請看下面這樣一個問題:
a = "ABCABBA"
b ="CBABAC"
a的長度7,b的長度等于6


aa.png

它的最小改變的描述是如何?
這個問題可以改成,從 起點 (0,0)到 終點(7,6)的最短橫縱路徑是怎么走?


aa.png

一目了然,當黃色路徑達只要五步就到達的時候,其他路徑還沒有到達。
邁爾斯的 diff 算法就是比較快速求出這樣一條路徑的算法。

提出概念

(需要結合圖畫理解,這些概念的提出是為計算和表達方便,涉及數學,類似設個x ,設個y 的未知數)

  • snake :一步所走的路徑 為 snake,有所不同的是,snake 分為三個點,起點,中點,終點,
    一般走一步沒有遇到斜線,中點就是終點, 遇到了的話,路徑就包含了斜線 ,終點坐標計算也要包含斜線的坐標。

  • k : 定義x 軸向右增大,y軸 向下增大,定義 k = x-y;

  • d : 定義為步數。
    看下圖:


    2566000-f8f59baffd4eb418.png

黃色的線:k線 (注意這些線)

深藍色的線:snake

淺藍色的數字:d (步數)

紅色的線:算法求出的問題的解(其實這個解有多個這只是求了其中一條)

怎么冒出來的這個k? 所有k相同的點組成了一條線,他們組成了對角線。并且對于k,我們可以使用一個記錄的數組V,用k作為該數組的index,x為value,這樣我們可以計算求得 y值

這個算法父問題的求解歸結為子問題的求解。要知道d=5時所有k對應的最優(yōu)坐標,必須先要知道d=4時所有k對應的最優(yōu)坐標,要知道d=4時的答案,必須先求解d=3,以此類推。

思考:
如何使用最小d(步數) 到達終點(N,M),可以得到外循環(huán)。

接下來我們想想如何到達point(x,y)? 設 k = x - y,那么能到達點(x,y)的 只能從k-1 或者 k+1兩條對角線上到k上,步數的遞增,內循環(huán)應該是k ,內層循環(huán)完畢的結果就是,在步數為d,求得對角線k能到達的最遠的x坐標。每向下或向右一步,坐標必然會從一條k線上移動到另外一條k線上,也就是說步數固定情況下,k的改變,我們可以求出相應的移動方向從而確定路徑,內循環(huán)就是k遞增,找到最快一條到達終點(N,M)的路,目的就達成了

上偽代碼好好理解下:

2566000-b2db4ffe4e5d7e1f.png

偽碼分析

一般到這里就會很多的疑惑,很懵逼:

我們拆分下:

  • 最外面這個循環(huán)

     //d 是步數,N 是字符的長度6 ,M 是字符長度7 ,
      //縱然 d 一直右向,再向下,經過斜線,也是大于不了N+M 的
     for (int d = 0; d<= N +M ;d++){
     ···
     }
    
  • 里面這層循環(huán)

  1. k = x-y ; 我們可以通過x 求y ,v[]數組里面以k為index,存儲最優(yōu)坐標的x值,取的時候只要知道k值,因為v[k] =x;通過有y =v[k]-k 就可以算出y;
  1. k 結合圖形,我們從(0,0)開始,每次只增長一步,向下一步=>k-1,向右一步=>k+1;
    第一步:k的極限,k-1<= k <=k+1
    第二步:k的極限,k-2<= k <=k+2
    第d步: k的極限,k-d<= k <= k+d

  2. 最短d步到達終點(x,y),假設途中經過 一個 3個斜線,經過橫線 i 個,經過豎線 j 個
    則x = i+3,y = j+3;終點:(x,y)=>(i+3,j+3)
    假設 d 是奇數,i+j 必然是奇數
    由k = x-y = i +j +6;
    得k 為奇數,d 為奇數,k 只能為奇數,
    所以內循環(huán)時 ,k +=2(看圖,這句話的意思是一個方格不能從對角線到對面的點,不是向下,就是向右)

    // 每一步遞增
     for (int d = 0; d<= N +M ;d++){
   //在每一步下面的各個k的取值,k+=2 (見上面地三點) 
     for( int k = -d ;k <= d ;k +=2){
        // 是否向下
       //這里注意看圖上黃色斜線,起點k=0時;k= -1 是向下一步,當k=-d 時必然向下 ,k=d 必然向右,第一步d=1 ,k=-1向下,k = 1 向右。 
        //v[ ]數組保存了k上的 x ,看圖, 從第一步完成后,執(zhí)行第二步,d =2 ,k = - 2, 0 ,2三個數,
        // k = -2 時,向下; k = 0 ,(這時右邊的k線 => v[k+1] =1(第一步記錄v[ ]為1),左邊的k線 => v[k-1] =0(第一步結束時記錄為零),
        // 所以向下,k =2 , v[k+1] = 0(沒有保存) v[k-1] = 1(第一步保存為1)
        // 這樣寫的好處,以k 為基準進行的移動,不會出現(xiàn)重復的情況 
        bool down = ( k== - d || (k !=d && v[k-1] < v[ k+1] )); 
   ···
    //save end point
    //保存對應k 的x方向的值(這里的x向右0到7,y向下0到6 )= 保存d步結束,對應k值上的終點坐標; 
     //終點坐標(x,y)=> (x=v[k],y= v[k]-k)
   v[k] = xEnd;
   }
 }
  • 整個偽碼流程

      //新建集合,用k值保存對應的x
      v[ 1 ] = 0; 
     //步數遞增
    for (int d= 0; d <= N+M ;d++){
     //每一步下面的各個k 的取值循環(huán),    
        for( int k = -d ; k <= d ; k+=2){
        // 是否向下
          bool down = ( k== - d || (k !=d && v[k-1] < v[ k+1] )); 
        //得到上次移動的k,如果這次向下,上次的kPrev = k+1;
        int kPrev = down ? k+1 : k -1; 
        //起點,因為每次移動保存是 k+2 ,所以如果這次的index全是奇數,上一次就全是偶數,在一個數組里面不會進行覆蓋
        int xStart = v[kPrev]
        int yStart = xStart - v[kPrev]
        //中點,之前說的,如果沒有遇到斜線,它是等于終點的
        int xMid = down ? xStrat : xStart +1;
        int yMid = xMid - k;
        //終點,沒有遇到斜線的樣子
        int xEnd = xMid;
        int yEnd = yMid;
        //斜線數量
        int s= 0
        //這就是遇到斜線,只有數據相等,才會是斜線,然后,x,y 各加一
        while(xEnd < N && yEnd <M && A[xEnd] ==B[yEnd]){
          xEnd++;
          yEnd++;
          s++;
           }
        // 保存到數組
        v[k] = xEnd;
          //到了最終點(N,M),找到了最短步數的方案
        if(xEnD >= N && yEnd > = M){
          //跳出循環(huán)  
          }
             }     
         } 
    

如果看了我注釋還是沒有懂,我推薦幾個網址:
外文的博客,加載有點慢
從DiffUtil到Myers'差分算法
Git是怎樣生成diff的:Myers算法
java實現(xiàn)
算法的論文
如果還沒有懂,結合圖案,多讀幾遍,注意他的每走一步其實就是k線上切換。

最后編輯于
?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯(lián)系作者
【社區(qū)內容提示】社區(qū)部分內容疑似由AI輔助生成,瀏覽時請結合常識與多方信息審慎甄別。
平臺聲明:文章內容(如有圖片或視頻亦包括在內)由作者上傳并發(fā)布,文章內容僅代表作者本人觀點,簡書系信息發(fā)布平臺,僅提供信息存儲服務。

友情鏈接更多精彩內容