Myers' diff 算法

寫這篇文章剖笙,

一卵洗、DiffUtil 對比列表item 數(shù)據(jù),git 文件對比都用到了這個算法。
二过蹂、發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的博客十绑,帖子,對這個算法的描述很少很少酷勺,算法本身又難以理解本橙。
三、上篇DiffUtil 源碼分析時(shí)遇到了這個算法脆诉,我覺得程序員不能怕算法甚亭,要跟算法死磕到底,要往下挖源碼击胜。
書讀百遍其義自現(xiàn)亏狰,閱讀算法代碼也是如此。

對比原則和圖畫結(jié)合

兩個字符串,a = "ACBA" b = "CBA"對比這兩個字符的差異偶摔,有什么發(fā)現(xiàn)暇唾?
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,第二位辰斋,C≠B,第三位策州,B≠A,第四位,b少了一位
由此得到我們對比的原則(我總結(jié)的):

  • 計(jì)算最大重合部分("CBA")宫仗,改變字符最小的原則抽活。

用圖片表示,畫上斜線的格子就是重合的部分("CBA")锰什。(注意這張圖片下硕,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",其余不變汁胆,是改變最小的
圖表的描述就是:x 方向(向右)一步梭姓,其余斜線,是橫縱走得最少的嫩码。

  • 向右一步=增加了 "A"誉尖,改變最小=橫縱走得最少

看圖:


ACBA.png

新數(shù)據(jù)a = "AB" 比上 b= "BB"
有兩條最短路徑,向右一步铸题,向下一步或者向下一步铡恕,向右一步。
我們選擇向右一步向下一步的丢间,圖表的方式是:向右一步再向下一步探熔,其余斜線。我們的描述是:新數(shù)據(jù)a相對于舊數(shù)據(jù)b烘挫,第一位增加了a中的A诀艰,減去了b中的B,其余不變。

  • 向下=減去

上面能做到圖畫其垄,和邏輯結(jié)合了苛蒲,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绿满?
這個問題可以改成臂外,從 起點(diǎn) (0,0)到 終點(diǎn)(7喇颁,6)的最短橫縱路徑是怎么走寄月?


aa.png

一目了然,當(dāng)黃色路徑達(dá)只要五步就到達(dá)的時(shí)候无牵,其他路徑還沒有到達(dá)。
邁爾斯的 diff 算法就是比較快速求出這樣一條路徑的算法厂抖。

提出概念

(需要結(jié)合圖畫理解茎毁,這些概念的提出是為計(jì)算和表達(dá)方便,涉及數(shù)學(xué)忱辅,類似設(shè)個x ,設(shè)個y 的未知數(shù))

  • snake :一步所走的路徑 為 snake七蜘,有所不同的是,snake 分為三個點(diǎn)墙懂,起點(diǎn)橡卤,中點(diǎn),終點(diǎn)损搬,
    一般走一步?jīng)]有遇到斜線碧库,中點(diǎn)就是終點(diǎn), 遇到了的話巧勤,路徑就包含了斜線 ,終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算也要包含斜線的坐標(biāo)嵌灰。

  • k : 定義x 軸向右增大,y軸 向下增大颅悉,定義 k = x-y沽瞭;

  • d : 定義為步數(shù)。
    看下圖:


    2566000-f8f59baffd4eb418.png

黃色的線:k線 (注意這些線)

深藍(lán)色的線:snake

淺藍(lán)色的數(shù)字:d (步數(shù))

紅色的線:算法求出的問題的解(其實(shí)這個解有多個這只是求了其中一條)

怎么冒出來的這個k剩瓶? 所有k相同的點(diǎn)組成了一條線驹溃,他們組成了對角線。并且對于k延曙,我們可以使用一個記錄的數(shù)組V豌鹤,用k作為該數(shù)組的index,x為value枝缔,這樣我們可以計(jì)算求得 y值

這個算法父問題的求解歸結(jié)為子問題的求解傍药。要知道d=5時(shí)所有k對應(yīng)的最優(yōu)坐標(biāo),必須先要知道d=4時(shí)所有k對應(yīng)的最優(yōu)坐標(biāo),要知道d=4時(shí)的答案拐辽,必須先求解d=3拣挪,以此類推。

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

接下來我們想想如何到達(dá)point(x睁搭,y)赶诊? 設(shè) k = x - y,那么能到達(dá)點(diǎn)(x园骆,y)的 只能從k-1 或者 k+1兩條對角線上到k上舔痪,步數(shù)的遞增,內(nèi)循環(huán)應(yīng)該是k 锌唾,內(nèi)層循環(huán)完畢的結(jié)果就是锄码,在步數(shù)為d,求得對角線k能到達(dá)的最遠(yuǎn)的x坐標(biāo)晌涕。每向下或向右一步滋捶,坐標(biāo)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(shù)固定情況下余黎,k的改變重窟,我們可以求出相應(yīng)的移動方向從而確定路徑,內(nèi)循環(huán)就是k遞增惧财,找到最快一條到達(dá)終點(diǎn)(N,M)的路巡扇,目的就達(dá)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(shù)垮衷,N 是字符的長度6 霎迫,M 是字符長度7 ,
      //縱然 d 一直右向,再向下帘靡,經(jīng)過斜線知给,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 描姚,v[]數(shù)組里面以k為index,存儲最優(yōu)坐標(biāo)的x值涩赢,取的時(shí)候只要知道k值,因?yàn)関[k] =x;通過有y =v[k]-k 就可以算出y轩勘;
  1. k 結(jié)合圖形筒扒,我們從(0,0)開始,每次只增長一步绊寻,向下一步=>k-1花墩,向右一步=>k+1悬秉;
    第一步:k的極限,k-1<= k <=k+1
    第二步:k的極限冰蘑,k-2<= k <=k+2
    第d步: k的極限和泌,k-d<= k <= k+d

  2. 最短d步到達(dá)終點(diǎn)(x,y),假設(shè)途中經(jīng)過 一個 3個斜線祠肥,經(jīng)過橫線 i 個,經(jīng)過豎線 j 個
    則x = i+3,y = j+3;終點(diǎn):(x武氓,y)=>(i+3,j+3)
    假設(shè) d 是奇數(shù)仇箱,i+j 必然是奇數(shù)
    由k = x-y = i +j +6;
    得k 為奇數(shù)县恕,d 為奇數(shù),k 只能為奇數(shù)剂桥,
    所以內(nèi)循環(huán)時(shí) 忠烛,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(diǎn)权逗,不是向下美尸,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(diǎn)) 
     for( int k = -d ;k <= d ;k +=2){
        // 是否向下
       //這里注意看圖上黃色斜線旬迹,起點(diǎn)k=0時(shí);k= -1 是向下一步求类,當(dāng)k=-d 時(shí)必然向下 奔垦,k=d 必然向右,第一步d=1 ,k=-1向下尸疆,k = 1 向右椿猎。 
        //v[ ]數(shù)組保存了k上的 x ,看圖寿弱, 從第一步完成后犯眠,執(zhí)行第二步,d =2 ,k = - 2, 0 ,2三個數(shù)症革,
        // k = -2 時(shí)筐咧,向下; k = 0 ,(這時(shí)右邊的k線 => v[k+1] =1(第一步記錄v[ ]為1)噪矛,左邊的k線 => v[k-1] =0(第一步結(jié)束時(shí)記錄為零)量蕊,
        // 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)
        // 這樣寫的好處艇挨,以k 為基準(zhǔn)進(jìn)行的移動残炮,不會出現(xiàn)重復(fù)的情況 
        bool down = ( k== - d || (k !=d && v[k-1] < v[ k+1] )); 
   ···
    //save end point
    //保存對應(yīng)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(jié)束缩滨,對應(yīng)k值上的終點(diǎn)坐標(biāo)势就; 
     //終點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)=> (x=v[k]泉瞻,y= v[k]-k)
   v[k] = xEnd;
   }
 }
  • 整個偽碼流程

      //新建集合,用k值保存對應(yīng)的x
      v[ 1 ] = 0; 
     //步數(shù)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)苞冯,    
        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,如果這次向下袖牙,上次的kPrev = k+1;
        int kPrev = down ? k+1 : k -1; 
        //起點(diǎn),因?yàn)槊看我苿颖4媸?k+2 ,所以如果這次的index全是奇數(shù)抱完,上一次就全是偶數(shù)贼陶,在一個數(shù)組里面不會進(jìn)行覆蓋
        int xStart = v[kPrev]
        int yStart = xStart - v[kPrev]
        //中點(diǎn)钮追,之前說的坪稽,如果沒有遇到斜線,它是等于終點(diǎn)的
        int xMid = down ? xStrat : xStart +1;
        int yMid = xMid - k峰档;
        //終點(diǎn)禁添,沒有遇到斜線的樣子
        int xEnd = xMid;
        int yEnd = yMid;
        //斜線數(shù)量
        int s= 0
        //這就是遇到斜線撮胧,只有數(shù)據(jù)相等,才會是斜線老翘,然后芹啥,x,y 各加一
        while(xEnd < N && yEnd <M && A[xEnd] ==B[yEnd]){
          xEnd++;
          yEnd++;
          s++;
           }
        // 保存到數(shù)組
        v[k] = xEnd;
          //到了最終點(diǎn)(N,M),找到了最短步數(shù)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(wǎng)址:
外文的博客,加載有點(diǎn)慢
從DiffUtil到Myers'差分算法
Git是怎樣生成diff的:Myers算法
java實(shí)現(xiàn)
算法的論文
如果還沒有懂铺峭,結(jié)合圖案墓怀,多讀幾遍,注意他的每走一步其實(shí)就是k線上切換卫键。

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