数据比较算法的实现与应用

在处理数据时,经常需要比较两组数据之间的差异。本文介绍的算法旨在找出两组数据之间的最小差异。这种算法的核心是计算最长公共子序列(Longest Common Subsequence, LCS),通过这一结果来确定差异。LCS问题在互联网和学术论文中都有详细记录,本文实现了加州大学教授David Eppstein描述的迭代LCS算法。

算法原理

要计算两组数据之间的最小差异,实际上是将问题反过来,计算两组数据的最长公共子序列。LCS算法能够识别两组数据中最长的共同元素组。根据定义,从原始数据中提取这些组,就可以确定两组数据之间的最小非共同元素。

算法实现

算法完全封装在一个名为compare<>的类中,该类实现了在cmp命名空间内。cmp::compare<>是一个模板类,它使用一个数据源类来提供数据。这意味着算法完全独立于数据,以及数据的表示形式。

为了演示,提供了两种数据源。第一种是模板类cmp::data_source<>,它可以用于任何基本数据类型,例如比较文本字符串。第二种是cmp::data_source_text_file,用于比较两个文本文件。

为了简化代码,可以使用C++的typedef来定义这些复杂的模板类

typedef cmp::data_source<const char> compare_data_source_t; typedef cmp::compare<compare_data_source_t> compare_t;

以下是要比较的数据:

const char str1[] = "little jack horner"; const char str2[] = "sat in a corner";

只需实例化两个数据源,并将数据传递给它们:

compare_data_source_t compare_data1(str1, strlen(str1)); compare_data_source_t compare_data2(str2, strlen(str2));

然后可以实例化cmp::compare<>类:

compare_t compare(&compare_data1, &compare_data2);

最后,可以调用process()方法:

compare_t::result_set seq; int lcs = compare.process(&seq);

process()方法返回一个整数,表示最长公共子序列的长度。这个返回值本身并不直接用于确定差异,但它可以提供两个有用的信息。返回值-1表示错误,0(零)表示两组数据完全相同。

如果成功返回,seq参数将包含结果序列。这个序列包含了两组数据的记录列表,以及它们与第二组数据的关系信息。每个记录将被标记为KEEPREMOVEINSERT。这些标记描述了如何从第一组数据创建第二组数据:

  • KEEP - 两组数据源中的记录
  • REMOVE - 第一组中有,但第二组中没有的记录
  • INSERT - 第一组中没有,但第二组中有的记录

内存需求

LCS实现对内存分配要求较高。它需要n*m*sizeof(short)字节的存储空间,其中nm是每组数据中的记录数。例如,比较两个1KB的数据集需要1MB的存储空间!

为了克服这种开销,比较更大的数据块,并细分不同的块,然后对这些块执行单独的LCS过程。例如,cmp::data_source_text_file类按行比较文本文件,以产生类似于版本控制系统的结果,识别两个文件中哪些行是不同的。要识别文本文件中的字符变化,可以将不同的每一行通过cmp::data_source<char>传递,如第一个示例所示。

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