Джулиан Бакнелл - Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Памятуя о том, что примененный метод является рекурсивным, следует подумать о требуемой для его реализации глубине стека. Если бы строки вообще не имели общих символов, последовательность редактирования сводилась бы к удалению всех символов первой строки и вставке всех символов второй строки. Если первая строка содержит n символов, а вторая m, глубина стека должна быть пропорциональной сумме n + m.

После того, как мы ознакомились с решением для двух строк, его можно модифицировать для вычисления LCS и генерации команд редактирования для двух текстовых файлов. Дабы упростить себе задачу, выполним считывание обоих файлов в объект TStringsLists. Понятно, что теперь одновременно выполняется сравнение целых текстовых строк, а не символов, тем не менее, в основном, реализация остается практически той же самой. Код интерфейса и вспомогательных методов приведен в листинге 12.27.

Листинг 12.27. Класс TtdFileLCS

type

TtdFileLCS = class private

FFromFile : TStringList;

FMatrix : TtdLCSMatrix;

FToFile : TStringList;

protected

function slGetCell(aFromInx, aToInx : integer): integer;

procedure slWriteChange(var F : System.Text;

aFromInx, aToInx : integer);

public

constructor Create(const aFromFile, aToFile : string);

destructor Destroy; override;

procedure WriteChanges(const aFileName : string);

end;

constructor TtdFileLCS.Create(const aFromFile, aToFile : string);

begin

{создать производный объект}

inherited Create;

{выполнить считывание файлов}

FFromFile := TStringList.Create;

FFromFile.LoadFromFile(aFromFile);

FToFile := TStringList.Create;

FToFile.LoadFromFile(aToFile);

{создать матрицу}

FMatrix := TtdLCSMatrix.Create(FFromFile.Count, FToFile.Count);

{заполнить матрицу}

slGetCell(pred(FFromFile.Count), pred(FToFile.Count));

end;

destructor TtdFileLCS.Destroy;

begin

{уничтожить матрицу}

FMatrix.Free;

{освободить списки строк}

FFromFile.Free;

FToFile.Free;

{уничтожить производный объект}

inherited Destroy;

end;

Однако нужно решить одну проблему: при работе со строками отсчет символов начинается с 1, а при работе со списком строк отсчет строк (строк в исходном файле) начинается с 0. Поэтому необходимо внести ряд изменений.

Первое изменение заключается в простом кодировании рекурсивного метода. Если помните, итеративный метод требовал предварительного выделения ячеек, расположенных вдоль верхней и левой сторон матрицы, и установки их значений равными 0, в то время как в рекурсивном методе для выполнения этой задачи использовался оператор If. Потенциально это позволяет сэкономить достаточно большой объем памяти (в общем случае текстовые файлы могут содержать несколько сотен или даже тысяч строк).

Второе изменение, как уже отмечалось, - отсчет строк с 0. Рекурсивная подпрограмма автоматически решает эту задачу.

Код реализации рекурсивного метода генерирования LCS для двух файлов приведен в листинге 12.28.

Листинг 12.28. Генерация LCS для пары файлов

function TtdFileLCS.slGetCell(aFromInx, aToInx : integer): integer;

var

LCSData : PtdLCSData;

NorthLen: integer;

WestLen : integer;

begin

if (aFromInx = -1) or (aToInx = -1) then

Result := 0

else begin

LCSData := FMatrix[aFromInx, aToInx];

if (LCSData <> nil) then

Result := LCSData^.ldLen

else begin

{создать новый элемент}

New(LCSData);

{если две текущие строки совпадают, необходимо увеличить значение счетчика относительно элемента, расположенное о к северо-западу от текущего, т.е. предшествующего элемента}

if (FFromFile[aFromInx] = FToFile [aToInx]) then begin

LCSData^.ldPrev := ldNorthWest;

LCSData^.ldLen := slGetCell(aFromInx-1, aToInx-1) + 1;

end

{в противном случае текущие строки различны: необходимо использовать максимальный из элементов, расположенных к северу или западу (использование элемента, расположенного к западу, предпочтительнее)} else begin

NorthLen := slGetCell(aFromInx-1, aToInx);

WestLen := slGetCell(aFromInx, aToInx-1);

if (NorthLen > WestLen) then begin

LCSData^.ldPrev := ldNorth;

LCSData^.ldLen := NorthLen;

end

else begin

LCSData^.ldPrev := ldWest;

LCSData^.ldLen := WestLen;

end;

end;

{установить элемент в матрице}

FMatrix [ aFromInx, aToInx ] := LCSData;

{вернуть длину данного LCS}

Result := LCSData^.ldLen;

end;

end;

end;

Метод записи последовательности редактирования, которая обеспечивает преобразование первого файла во второй, не особенно изменился по сравнению с рассмотренным ранее, за исключением того, что выполняется запись строк, а не символов. Эта подпрограмма приведена в листинге 12.29.

Листинг 12.29. Запись последовательности редактирования для пары файлов

procedure TtdFileLCS.slWriteChange(var F : System.Text;

aFromInx, aToInx : integer);

var

Cell : PtdLCSData;

begin

{если оба индекса меньше нуля, данная ячейка является первой ячейкой матрицы LCS, поэтому подпрограмма просто выполняет выход}

if (aFromInx = -1) and (aToInx = -1) then

Exit;

{если индекс строки From меньше нуля, ячейка расположена в левом столбце матрицы, поэтому необходимо переместиться вверх; этому будет соответствовать удаление}

if (aFromInx = -1) then begin

slWriteChange(F, aFromInx, aToInx-1);

writeln(F, '->', FToFile[aToInx]);

end

{если индекс строки To меньше нуля, ячейка расположена в верхней строке матрицы, поэтому необходимо переместиться влево; этому будет соответствовать вставка}

else

if (aToInx = -1) then begin

slWriteChange(F, aFromInx-1, aToInx);

writeln(F, '<-', FFromFile[aFromInx]);

end

{в противном случае необходимо выполнить действия, указанные ячейкой}

else begin

Cell := FMatrix[aFromInx, aToInx];

case Cell^.ldPrev of

ldNorth :

begin

slWriteChange(F, aFromInx-1, aToInx);

writeln(F, '<-', FFromFile [aFromInx]);

end;

ldNorthWest : begin

slWriteChange(F, aFromInx-1, aToInx-1);

writeln(F, 1 ', FFromFile[aFromInx]);

end;

ldWest : begin

slWriteChange(F, aFromInx, aToInx-1);

writeln(Ff FToFile[aToInx]);

end;

end;

end;

end;

procedure TtdFileLCS.WriteChanges(const aFileName : string);

var

F : System.Text;

begin

System.Assign(F, aFileName);

System.Rewrite(F);

try

slWriteChange (F, pred(FFromFile.Count), pred(FToFile.Count)) finally

System.Close(F);

end;

end;

В этой главе были рассмотрены три дополнительных алгоритма. Первые два предназначены для работы с многопоточными приложениями. Третий представляет собой весьма значимый, однако малоизвестный алгоритм поиска различий между двумя версиями файла.

Применительно к многопоточным приложениям, мы рассмотрели решение проблемы синхронизации потоков считывания-записи - алгоритма, который играет большую роль во множестве программ подобного рода. Применительно к проблеме использования потоков производителей-потребителей, мы рассмотрели алгоритм, который может применяться во многих ситуациях, когда большие объемы данных должны одновременно обрабатываться, причем различным образом.

Алгоритм определения наиболее длинной общей подпоследовательности (LCS) является более специализированным, но находит применение в системах управления исходным кодом, а также в качестве программ наподобие diff.

Если быть кратким, написание этой книги явилось интересным опытом (а также работой, попортившей немало кровушки).

В течение долгих лет я считал, что Delphi, Visual Basic, а теперь и Kylix, порождали, порождают и будут порождать программистов, которые не имеют ни малейшего представления об этом занятии. Да, они могут создавать приложения простым перетаскиванием, с использованием небольшого объема связующего кода и нескольких обработчиков событий. Тем не менее, любое приложение, достойное того, чтобы его создавать, требует определенного мастерства, опыта и теоретической подготовки, которые могут быть предоставлены традиционными компьютерными науками и программированием. Конечно, при создании программы можно немало напутать, и, тем не менее, программа таки будет работать. Однако различие будет столь же разительным, как и различие между яйцом, сваренным вкрутую, и яйцом Фаберже.