慢速快速字符串性能

Question

我正在尝试解决Palindrome分区问题.您可以在https://leetcode.com/problems/palindrome-partitioning/中找到问题.

我想出了解决方案:

func partition(_ s: String) -> [[String]] {

    var result: [[String]] = []

    func dfs(string: String, partiton: [String]) {

        if string.characters.count == 0 {
            result.append(partiton)
            return
        }

        for length in 1...string.characters.count {

            let endIndex =  string.index(string.startIndex, offsetBy: length-1)
            let part = string[string.startIndex...endIndex]


            if isPalindrome(part) {
                let leftPart = string[string.index(after: endIndex)..<string.endIndex]
                print("string: \(string) part: \(part) leftpart: \(leftPart)")
                dfs(string: leftPart, partiton: partiton + [part])
            }
        }
    }

    func isPalindrome(_ s: String) -> Bool {
        if String(s.characters.reversed()) == s {
            return true
        } else {
            return false
        }
    }

    dfs(string: s, partiton: [])
    return result
}

但表现不好.超出时限.

但是Python实现的相同想法可以通过:

def partition(self, s):
    res = []
    self.dfs(s, [], res)
    return res

def dfs(self, s, path, res):
    if not s:
        res.append(path)
        return
    for i in range(1, len(s)+1):
        if self.isPal(s[:i]):
            self.dfs(s[i:], path+[s[:i]], res)

def isPal(self, s):
    return s == s[::-1]

它让我想知道如何改进swift实现以及为什么swift实现比python慢​​.

Answer 1

Swift String是Characters 的集合,a Character 表示单个扩展的字形集群,可以是一个或多个Unicode标量.这使得一些索引操作如"跳过前N个字符"变慢.

但第一个改进是"短路" isPalindrome() 功能.不是完全构建反向字符串,而是将字符序列与其反转序列进行比较,并在找到差异后立即停止:

func isPalindrome(_ s: String) -> Bool {
    return !zip(s.characters, s.characters.reversed()).contains { $0 != $1 }
}

s.characters.reversed()不会以相反的顺序创建新集合,它只是从后到前枚举字符.随着String(s.characters.reversed())在你的方法但是,你强迫一个新的集合的创建对反弦,这使得它缓慢.

对于110个字符的字符串

let string = String(repeating: "Hello world", count: 10)

在我的测试中,这将计算时间从大约6秒减少到1.2秒.

接下来,避免索引计算

let endIndex = string.index(string.startIndex, offsetBy: length-1)

并迭代字符索引本身:

func partition(_ s: String) -> [[String]] {

    var result: [[String]] = []

    func dfs(string: String, partiton: [String]) {
        if string.isEmpty {
            result.append(partiton)
            return
        }

        var idx = string.startIndex
        repeat {
            string.characters.formIndex(after: &idx)
            let part = string.substring(to: idx)
            if isPalindrome(part) {
                let leftPart = string.substring(from: idx)
                dfs(string: leftPart, partiton: partiton + [part])
            }
        } while idx != string.endIndex
    }

    func isPalindrome(_ s: String) -> Bool {
        return !zip(s.characters, s.characters.reversed()).contains { $0 != $1 }
    }

    dfs(string: s, partiton: [])
    return result
}

计算时间现在是0.7秒.

下一步是完全避免字符串索引,并使用字符数组,因为数组索引很快.更好的是,使用快速创建和引用原始数组元素的数组切片:

func partition(_ s: String) -> [[String]] {

    var result: [[String]] = []

    func dfs(chars: ArraySlice<Character>, partiton: [String]) {

        if chars.isEmpty {
            result.append(partiton)
            return
        }

        for length in 1...chars.count {
            let part = chars.prefix(length)
            if isPalindrome(part) {
                let leftPart = chars.dropFirst(length)
                dfs(chars: leftPart, partiton: partiton + [String(part)])
            }
        }
    }

    func isPalindrome(_ c: ArraySlice<Character>) -> Bool {
        return !zip(c, c.reversed()).contains { $0 != $1 }
    }

    dfs(chars: ArraySlice(s.characters), partiton: [])
    return result
}

计算时间现在是0.08秒.

如果您的字符串仅包含"基本多语言平面"中的字符(即<= U + FFFF),那么您可以使用UTF-16代码点:

func partition(_ s: String) -> [[String]] {

    var result: [[String]] = []

    func dfs(chars: ArraySlice<UInt16>, partiton: [String]) {

        if chars.isEmpty {
            result.append(partiton)
            return
        }

        for length in 1...chars.count {
            let part = chars.prefix(length)
            if isPalindrome(part) {
                let leftPart = chars.dropFirst(length)
                part.withUnsafeBufferPointer {
                    dfs(chars: leftPart, partiton: partiton + [String(utf16CodeUnits: $0.baseAddress!, count: length)])
                }
            }
        }
    }

    func isPalindrome(_ c: ArraySlice<UInt16>) -> Bool {
        return !zip(c, c.reversed()).contains { $0 != $1 }
    }

    dfs(chars: ArraySlice(s.utf16), partiton: [])
    return result
}

110字符测试字符串的计算时间现在为0.04秒.

因此,在使用Swift字符串时可能会提高性能的一些提示是

• 按顺序迭代字符/索引.避免"跳"到第n个位置.
• 如果需要"随机"访问所有字符,请先将字符串转换为数组.
• 使用字符串的UTF-16视图比使用字符视图更快.

当然这取决于实际的用例.在这个应用程序中,我们能够将计算时间从6秒减少到0.04秒,这是因子150.