我怎样才能加快我的 Aho-Corasick 算法？

Question

我正在尝试解决 HackerRank 上的一个问题； "Determining DNA Health." 在查看了一些讨论后，我决定 Aho-Corasick 算法是最佳选择。该问题涉及在字符串中搜索具有关联值的各种序列。任务是从给定列表中取出这些序列值对的一部分，并找到与输入字符串关联的值。这意味着要用 100000 个序列值对的列表完成 44850 次。我已经实现了这个算法，虽然它比我第一次尝试快了很多，但它仍然不够快，无法通过这个测试用例。这是我的实现：

构建 trie：

def createValueTrie(gs: Array[(String, Int)]): TrieNodeWithVal = {
def recurse(genes: Array[(String, Int)]): Map[Char, TrieNodeWithVal] = {
  genes
    .groupBy(_._1.head)
    .map(x => (x._1, x._2.map(y => (y._1.tail, y._2))))
    .map{
      case (c, arr: Array[(String, Int)]) => {
        val value = arr.filter(_._1.length == 0).foldLeft(0)(_ + _._2)
        val filtered = arr.filter(_._1.length > 0)
        val recursed = recurse(filtered)
        (c, new TrieNodeWithVal(arr.exists(_._1.length == 0), recursed, value))
      }
    }
  }
  new TrieNodeWithVal(false, recurse(gs), 0)
}

正在搜索 trie：

def findValueMatches(trie: TrieNodeWithVal, sequence: String): Iterator[(String, Long)] = {
    sequence.scanRight("")(_ + _).dropRight(1).iterator.flatMap(s => {
      Iterator.iterate[(Iterator[Char], Option[TrieNodeWithVal])]((s.iterator, Some(trie))) {
        case (it: Iterator[Char], Some(node)) => if (it.hasNext) (it, node(it.next())) else (it, None)
        case (it: Iterator[Char], None) => (it, None)
      }.takeWhile {
        case (_, Some(_)) => true
        case _ => false
      }.map {
        case (_, Some(node)) => node
      }.zipWithIndex.withFilter {
        case (node, _) => node isWord
      }.map {
        case (node, i) => (s.slice(0, i), node.value)
      }
    })
  }

Trie 节点类:

class TrieNode(isAWord: Boolean, childs: Map[Char, TrieNode]) {
    val isWord = isAWord
    val children: Map[Char, TrieNode] = childs

    def apply(c: Char): Option[TrieNode] = children.get(c)

    override def toString(): String = "(" + children.map(x => (if (x._2.isWord) x._1.toUpper else x._1) + ": " + x._2.toString()).mkString(", ") + ")"
  }

  class TrieNodeWithVal(isAWord: Boolean, childs: Map[Char, TrieNodeWithVal], valu: Long) extends TrieNode(isAWord, childs) {
    val value = valu
    override val children: Map[Char, TrieNodeWithVal] = childs

    override def toString(): String = "(" + children.map(x => (if (x._2.isWord) x._1.toUpper + "[" + x._2.value + "]" else x._1) + ": " + x._2.toString()).mkString(", ") + ")"

    override def apply(c: Char): Option[TrieNodeWithVal] = children.get(c)
  }

我知道这里可以为失败案例做更多的边缘构建，但是讨论中的几个人说它会更慢，因为需要为每个查询重建 trie。对于这样的问题，我应该使用一些更有效的集合吗？如何在保持纯函数式风格的同时加快速度？

Answer 1

有各种变化，有些可能会影响性能，有些只是装饰性的。

在recurse中你可以合并两个map调用并使用partition来减少你测试数组的次数：

def recurse(genes: Array[(String, Int)]): Map[Char, TrieNodeWithVal] = {
  genes
    .groupBy(_._1.head)
    .map { x =>
      val c = x._1
      val arr = x._2.map(y => (y._1.tail, y._2))

      val (filtered, nonFiltered) = arr.partition(_._1.nonEmpty)
      val value = nonFiltered.foldLeft(0)(_ + _._2)
      val recursed = recurse(filtered)
      (c, new TrieNodeWithVal(nonFiltered.nonEmpty, recursed, value))
    }
}

您可以通过在 case 语句上使用条件并结合一些操作来简化 findValueMatches：

def findValueMatches(trie: TrieNodeWithVal, sequence: String): Iterator[(String, Long)] = {
  sequence.scanRight("")(_ + _).dropRight(1).iterator.flatMap(s => {
    Iterator.iterate[(Iterator[Char], Option[TrieNodeWithVal])]((s.iterator, Some(trie))) {
      case (it: Iterator[Char], Some(node)) if it.hasNext => (it, node(it.next()))
      case (it: Iterator[Char], _) => (it, None)
    }.takeWhile {
      _._2.nonEmpty
    }.zipWithIndex.collect {
      case ((_, Some(node)), i) if node.isWord =>
       (s.slice(0, i), node.value)
    }
  })
}

最后，您可以使用 val 参数简化类

class TrieNode(val isWord: Boolean, val children: Map[Char, TrieNode]) {
  def apply(c: Char): Option[TrieNode] = children.get(c)

  override def toString(): String = "(" + children.map(x => (if (x._2.isWord) x._1.toUpper else x._1) + ": " + x._2.toString()).mkString(", ") + ")"
}

class TrieNodeWithVal(isAWord: Boolean, childs: Map[Char, TrieNodeWithVal], val value: Long) extends TrieNode(isAWord, childs) {
  override val children: Map[Char, TrieNodeWithVal] = childs

  override def toString(): String = "(" + children.map(x => (if (x._2.isWord) x._1.toUpper + "[" + x._2.value + "]" else x._1) + ": " + x._2.toString()).mkString(", ") + ")"

  override def apply(c: Char): Option[TrieNodeWithVal] = children.get(c)
}

所有内容均已编译但未经测试，如果我无意中更改了算法，请见谅。

Answer 2

我没有加速算法，但我想如果我给每个节点一个来自原始序列和值列表的索引，那么我不必每次都重新构建尝试，我可以只使用一个和只计算在范围内有索引的节点。这将时间从 8 分钟缩短到 11 秒！

Answer 3

您可以使用三元树尝试该算法。我的 php 实现：https://github.com/Tetramatrix/phpahocorasick.

我怎样才能加快我的 Aho-Corasick 算法？

How can I speed up my Aho-Corasick Algorithm?

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