ios - 缓慢的 Swift 字符串性能

Question

我正在尝试解决回文分割问题。您可以在 https://leetcode.com/problems/palindrome-partitioning/ 中找到问题.

然后我想出了解决方案:

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
}

但是性能很差。超过时间限制。

但是同样的思路用Python实现就可以通过:

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]

这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

一个 Swift String 是一个 Character 的集合，一个 Character 代表一个扩展的字素簇，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。不是完全构建反转字符串，而是比较具有相反顺序的字符序列并尽快停止发现差异:

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

s.characters.reversed() 不反向创建新集合顺序，它只是从后到前枚举字符。但是，在您的方法中使用 String(s.characters.reversed()) ，您强制为反转的字符串创建一个新集合，这让它变慢了。

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，避免像这样的索引计算

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
}

计算时间现在为 0.7 秒。

下一步是完全避免字符串索引，并使用一个字符数组，因为数组索引很快。更好的是，使用数组 切片 可以快速创建和引用原始数据数组元素:

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
}

计算时间现在为 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)，那么您可以改用 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
}

对于 110 个字符的测试字符串，现在的计算时间为 0.04 秒。

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因此，在使用 Swift 字符串时可能会提高性能的一些技巧是

• 按顺序迭代字符/索引。避免“跳跃”到第 n 个位置。
• 如果您需要“随机”访问所有字符，请将字符串转换为首先到一个数组。
• 处理字符串的 UTF-16 View 比处理字符串更快使用字符 View 。

当然，这取决于实际用例。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 150 的因数。