题解 | #通配符匹配#

通配符匹配

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解法一:动态规划

由于此题中"*"可以匹配多个字符(包括空字符),因此枚举所有可能性较为麻烦,一种简单的思路是采用动态规划算法进行求解,具体思路如下:

定义动态规划数组dp,其中dp[i] [j]表示「s字符串的前i个字符与p字符串的前j个字符是否匹配」。而对于每个位置,有如下三种情况:

  1. p字符串第j个位置为"?"时:由于"?"可以匹配任意单个字符,因此dp[i] [j]的匹配情况可以由dp[i-1] [j-1]递推得到:dp[i] [j] = dp[i - 1] [j - 1];即:若在s字符串的前i个字符与p字符串的前j个字符成功匹配,则dp[i] [j]也能成功匹配;否则dp[i] [j]不能匹配;
  2. p字符串第j个位置为"*"时:由于该字符可以匹配任意字符串,包括空字符,因此dp[i] [j]可以通过dp[i - 1] [j]以及dp[i] [j - 1]递推得到
    1. 若s字符串的前i-1个字符与p字符串的前j个字符匹配,则s字符串的前i个字符与p字符串的前j个字符也能匹配,即:“*”匹配空字符;
    2. 若s字符串的前i个字符与p字符串的前j-1个字符匹配,则s字符串的前i个字符与p字符串的前j个字符也能匹配,即:“*”匹配单个字符;
  3. p字符串第j个位置为一个字母,且与s字符串第i个位置相同:显而易见dp[i] [j] = dp[i - 1] [j - 1]

根据上述思路,可以得到代码如下:

class Solution {
public:
    bool isMatch(const char *s, const char *p) {
        int m = strlen(s), n = strlen(p); 
        vector<vector<bool> > dp(m + 1, vector<bool>(n + 1, false)); // 定义dp数组
        dp[0][0] = true; // 初始化
        // 初始化
        for (int i = 1; i <= n; i ++) {
            if (p[i - 1] == '*') 
                dp[0][i] = true; 
            else
                break; 
        }
        for (int i = 1; i <= m; i ++) {
            for (int j = 1; j <= n; j ++) {
                if (s[i - 1] == p[j - 1] || p[j - 1] == '?') // 若当前位置s字符串与p字符串字符相同,或当前p字符串的字符为"?"
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1]; 
                if (p[j - 1] == '*') // 当前p字符串的字符为"*"
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j] || dp[i][j - 1]; 
            }
        }
        return dp[m][n]; 
    }
};

该方法需要两层循环来更新dp数组,因此时间复杂度为O(MN);该方法需要定义二维数组dp,因此空间复杂度为O(MN),其中:M和N分别为两个字符串的长度。

解法二:双指针

解法一定义了dp数组来进行递推,然而,可以进一步优化空间复杂度。

解法二采用「双指针」算法,定义两个指针i,j,分别对s字符串和p字符串进行遍历。此外,解法二定义指针match和star,分别表示「未匹配的位置」以及「"*"号所在的位置」,当遇到p字符串当前字符为星号时更新match = i

  1. 当s[i]与p[j]相同、或p[j]为"?"时,即:当前字符串是「单字符匹配的情况」,i指针与j指针向前遍历即可;
  2. 当p字符串遇到"*"时,更新star,让其指向该位置,j向前;
  3. 当不符合前面两种情况时,即s字符串和p字符串当前字符都是「小写字母」且不相等时,此时分两种情况:
    1. star取值为-1,说明之前没有出现"*",此时直接返回false;
    2. star取值不为-1,说明之前出现过"*",则将j指针更新到star+1的位置,i指针更新到match的下一个位置,重新开始匹配。具体过程如图所示。
  4. 在遍历完s字符串后,若p字符串仍未遍历完,则继续遍历p,且「必须全部为"*"」才可以(匹配空字符),否则匹配失败。

图片说明

基于上述思路,实现代码如下:

class Solution {
public:
    bool isMatch(const char *s, const char *p) {
        int m = strlen(s), n = strlen(p); 
        int i = 0, j = 0, star = -1; // i, j为遍历两个字符串的指针,star指向"*"字符
        int match = 0; // 记录上次未匹配的位置
        while (i < m) {
            if (s[i] == p[j] || p[j] == '?') { // 若当前位置s字符串与p字符串字符相同,或当前p字符串的字符为"?"
                i ++; 
                j ++; 
            } else if (p[j] == '*') { // 当前p字符串的字符为"*"
                star = j; 
                      match = i; // 更新match
                j ++; 
            } else {
                if (star >= 0) { // 前面的位置有"*"
                    j = star + 1; 
                    match ++; 
                    i = match; 
                }
                else // 未匹配成功,且之前没有"*"
                    return false; 
            }
        }
        while (j < n) { // p长度较长,则必须全为"*"
            if (p[j] != '*') 
                return false; 
            j ++; 
        }
        return true; 
    }
};

此方法的最坏时间复杂度为O(MN),其中M、N分别为两个字符串的长度,解释如下:

当s字符串为"aaaaaa",p字符串为"*aaab"时(star位于第一个位置),后续每次遇到b字符,都需要重新从第二个位置开始遍历p字符串,因此最坏时间复杂度为O(MN)。

此方法不需要额外存储空间,空间复杂度为O(1)。

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