我需要一种方法来比较多个字符串到一个测试字符串,并返回与它非常相似的字符串:

TEST STRING: THE BROWN FOX JUMPED OVER THE RED COW

CHOICE A   : THE RED COW JUMPED OVER THE GREEN CHICKEN
CHOICE B   : THE RED COW JUMPED OVER THE RED COW
CHOICE C   : THE RED FOX JUMPED OVER THE BROWN COW

(如果我做对了)最接近“TEST string”的字符串应该是“CHOICE C”。最简单的方法是什么?

我计划将其实现为多种语言,包括VB.net、Lua和JavaScript。此时,伪代码是可以接受的。如果你能提供一个特定语言的例子,这也是非常感谢的!


当前回答

关于这类算法,一个非常非常好的资源是Simmetrics: http://sourceforge.net/projects/simmetrics/

不幸的是,包含大量文档的很棒的网站已经消失了:( 以防它再次出现,它之前的地址是这样的: http://www.dcs.shef.ac.uk/~sam/simmetrics.html

瞧(由“时光倒流机”提供):http://web.archive.org/web/20081230184321/http://www.dcs.shef.ac.uk/~sam/simmetrics.html

你可以研究一下源代码,有几十种算法可以进行这种比较,每一种都有不同的权衡。这些实现是用Java实现的。

其他回答

这个问题在生物信息学中经常出现。上面被接受的答案(顺便说一下,它很棒)在生物信息学中被称为Needleman-Wunsch(比较两个字符串)和Smith-Waterman(在更长的字符串中找到一个近似的子字符串)算法。它们工作得很好,几十年来一直是主力。

但是如果你有一百万个字符串要比较呢?这是一万亿对的比较,每一个都是O(n*m)!现代DNA测序仪很容易生成10亿个短DNA序列,每个序列大约有200个DNA“字母”长。通常,我们希望为每个这样的字符串找到与人类基因组(30亿个字母)的最佳匹配。显然,Needleman-Wunsch算法及其相关算法是不行的。

这个所谓的“对齐问题”是一个活跃的研究领域。目前最流行的算法能够在合理的硬件(比如8个核和32 GB RAM)上在几个小时内找到10亿个短字符串和人类基因组之间的不精确匹配。

大多数算法的工作原理是快速找到短的精确匹配(种子),然后使用较慢的算法(例如Smith-Waterman)将这些匹配扩展到完整的字符串。这样做的原因是我们真的只对一些接近的比赛感兴趣,所以去掉99.9是值得的…%没有共同之处的配对。

查找精确匹配如何帮助查找不精确匹配?假设我们只允许查询和目标之间有一个差异。很容易看出,这种差异必须出现在查询的右半部分或左半部分,因此另一半必须完全匹配。这种想法可以扩展到多重错配,并且是Illumina DNA测序仪常用的ELAND算法的基础。

There are many very good algorithms for doing exact string matching. Given a query string of length 200, and a target string of length 3 billion (the human genome), we want to find any place in the target where there is a substring of length k that matches a substring of the query exactly. A simple approach is to begin by indexing the target: take all k-long substrings, put them in an array and sort them. Then take each k-long substring of the query and search the sorted index. Sort and search can be done in O(log n) time.

但储存可能是个问题。一个包含30亿个字母目标的索引需要容纳30亿个指针和30亿个k长度的单词。这似乎很难装进小于几十gb的RAM中。但令人惊讶的是,我们可以使用Burrows-Wheeler变换极大地压缩索引,而且它仍然是有效的可查询的。人类基因组的一个索引可以放入不到4 GB的RAM中。这个想法是流行的序列对齐器(如Bowtie和BWA)的基础。

或者,我们可以使用后缀数组,它只存储指针,但表示目标字符串中所有后缀的同时索引(本质上,所有可能的k值的同时索引;Burrows-Wheeler变换也是如此)。如果我们使用32位指针,人类基因组的后缀数组索引将占用12gb RAM。

上面的链接包含了大量的信息和主要研究论文的链接。ELAND链接指向一个PDF,其中有一些有用的图表说明了所涉及的概念,并展示了如何处理插入和删除。

最后,虽然这些算法已经基本解决了(重新)对单个人类基因组(10亿个短字符串)测序的问题,但DNA测序技术的进步甚至比摩尔定律还要快,我们正在快速接近万亿字母的数据集。例如,目前正在进行的项目是对10,000种脊椎动物的基因组进行测序,每个基因组大约有10亿个字母长。自然,我们会想要对数据进行成对的不精确字符串匹配…

我怀疑选项B更接近测试字符串,因为它距离原始字符串只有4个字符(和2个删除)。而C更接近,因为它同时包含棕色和红色。但是,它有一个更大的编辑距离。

有一种叫做Levenshtein Distance的算法可以测量两个输入之间的编辑距离。

这里有一个算法工具。

选择A的距离是15。 选择B的距离是6。 选择C的距离为9。

编辑:对不起,我一直在levenshtein工具混合字符串。更新到正确的答案。

这里有一个使用c#的示例。

public static void Main()
{
    Console.WriteLine("Hello World " + LevenshteinDistance("Hello","World"));
    Console.WriteLine("Choice A " + LevenshteinDistance("THE BROWN FOX JUMPED OVER THE RED COW","THE RED COW JUMPED OVER THE GREEN CHICKEN"));
    Console.WriteLine("Choice B " + LevenshteinDistance("THE BROWN FOX JUMPED OVER THE RED COW","THE RED COW JUMPED OVER THE RED COW"));
    Console.WriteLine("Choice C " + LevenshteinDistance("THE BROWN FOX JUMPED OVER THE RED COW","THE RED FOX JUMPED OVER THE BROWN COW"));
}

public static float LevenshteinDistance(string a, string b)
{
    var rowLen = a.Length;
    var colLen = b.Length;
    var maxLen = Math.Max(rowLen, colLen);

    // Step 1
    if (rowLen == 0 || colLen == 0)
    {
        return maxLen;
    }

    /// Create the two vectors
    var v0 = new int[rowLen + 1];
    var v1 = new int[rowLen + 1];

    /// Step 2
    /// Initialize the first vector
    for (var i = 1; i <= rowLen; i++)
    {
        v0[i] = i;
    }

    // Step 3
    /// For each column
    for (var j = 1; j <= colLen; j++)
    {
        /// Set the 0'th element to the column number
        v1[0] = j;

        // Step 4
        /// For each row
        for (var i = 1; i <= rowLen; i++)
        {
            // Step 5
            var cost = (a[i - 1] == b[j - 1]) ? 0 : 1;

            // Step 6
            /// Find minimum
            v1[i] = Math.Min(v0[i] + 1, Math.Min(v1[i - 1] + 1, v0[i - 1] + cost));
        }

        /// Swap the vectors
        var vTmp = v0;
        v0 = v1;
        v1 = vTmp;
    }

    // Step 7
    /// The vectors were swapped one last time at the end of the last loop,
    /// that is why the result is now in v0 rather than in v1
    return v0[rowLen];
}

输出结果为:

Hello World 4
Choice A 15
Choice B 6
Choice C 8

这里你可以有一个golang POC来计算给定单词之间的距离。您可以为其他作用域调整minDistance和difference。

操场上:https://play.golang.org/p/NtrBzLdC3rE

package main

import (
    "errors"
    "fmt"
    "log"
    "math"
    "strings"
)

var data string = `THE RED COW JUMPED OVER THE GREEN CHICKEN-THE RED COW JUMPED OVER THE RED COW-THE RED FOX JUMPED OVER THE BROWN COW`

const minDistance float64 = 2
const difference float64 = 1

type word struct {
    data    string
    letters map[rune]int
}

type words struct {
    words []word
}

// Print prettify the data present in word
func (w word) Print() {
    var (
        lenght int
        c      int
        i      int
        key    rune
    )
    fmt.Printf("Data: %s\n", w.data)
    lenght = len(w.letters) - 1
    c = 0
    for key, i = range w.letters {
        fmt.Printf("%s:%d", string(key), i)
        if c != lenght {
            fmt.Printf(" | ")
        }
        c++
    }
    fmt.Printf("\n")
}

func (ws words) fuzzySearch(data string) ([]word, error) {
    var (
        w      word
        err    error
        founds []word
    )
    w, err = initWord(data)
    if err != nil {
        log.Printf("Errors: %s\n", err.Error())
        return nil, err
    }
    // Iterating all the words
    for i := range ws.words {
        letters := ws.words[i].letters
        //
        var similar float64 = 0
        // Iterating the letters of the input data
        for key := range w.letters {
            if val, ok := letters[key]; ok {
                if math.Abs(float64(val-w.letters[key])) <= minDistance {
                    similar += float64(val)
                }
            }
        }

        lenSimilarity := math.Abs(similar - float64(len(data)-strings.Count(data, " ")))
        log.Printf("Comparing %s with %s i've found %f similar letter, with weight %f", data, ws.words[i].data, similar, lenSimilarity)
        if lenSimilarity <= difference {
            founds = append(founds, ws.words[i])
        }
    }

    if len(founds) == 0 {
        return nil, errors.New("no similar found for data: " + data)
    }

    return founds, nil
}

func initWords(data []string) []word {
    var (
        err   error
        words []word
        word  word
    )
    for i := range data {
        word, err = initWord(data[i])
        if err != nil {
            log.Printf("Error in index [%d] for data: %s", i, data[i])
        } else {
            words = append(words, word)
        }
    }
    return words

}

func initWord(data string) (word, error) {
    var word word

    word.data = data
    word.letters = make(map[rune]int)
    for _, r := range data {
        if r != 32 { // avoid to save the whitespace
            word.letters[r]++
        }

    }
    return word, nil
}
func main() {
    var ws words
    words := initWords(strings.Split(data, "-"))
    for i := range words {
        words[i].Print()
    }
    ws.words = words

    solution, _ := ws.fuzzySearch("THE BROWN FOX JUMPED OVER THE RED COW")
    fmt.Println("Possible solutions: ", solution)

}

关于这类算法,一个非常非常好的资源是Simmetrics: http://sourceforge.net/projects/simmetrics/

不幸的是,包含大量文档的很棒的网站已经消失了:( 以防它再次出现,它之前的地址是这样的: http://www.dcs.shef.ac.uk/~sam/simmetrics.html

瞧(由“时光倒流机”提供):http://web.archive.org/web/20081230184321/http://www.dcs.shef.ac.uk/~sam/simmetrics.html

你可以研究一下源代码,有几十种算法可以进行这种比较,每一种都有不同的权衡。这些实现是用Java实现的。