关于 Python 中字符串切片的性能问题

Question

我正在学习一些 Python，在此过程中，我正在从 codewars 中做一些简单的 katas。 我遇到了https://www.codewars.com/kata/scramblies 问题。

我的解决方案如下：

def scramble(s1,s2):
    result = True
    for character in s2:
        if character not in s1:
            return False
        i = s1.index(character)
        s1 = s1[0:i] + s1[i+1:]
    return result

虽然结果正确，但速度还不够快。我的解决方案在 12000 毫秒后超时。 我查看了其他人提出的解决方案，其中一个涉及制作一套。

  def scramble(s1,s2):
     for letter in set(s2):
        if s1.count(letter) < s2.count(letter):
          return False
     return True

为什么我的解决方案比其他解决方案慢很多？除非我误解了切片字符串的效率，否则它看起来不应该是这样。我解决这个问题的方法是否有缺陷？

Answer 1

对于这种对程序运行时间有限制的在线编程挑战，测试输入将包含一些相当大的示例，并且通常设置时间限制，这样您就不必挤压每最后一毫秒的性能超出您的代码，但您必须编写一个足够低的算法computational complexity。要回答您的算法超时的原因，我们可以使用big O notation 对其进行分析以找出其计算复杂度。

首先，我们可以用复杂度标记每个单独的语句，其中n 是s1 的长度，m 是s2 的长度：

def scramble(s1,s2):
    result = True                  # O(1)
    for character in s2:           # loop runs O(m) times
        if character not in s1:        # O(n) to search characters in s1
            return False               # O(1)
        i = s1.index(character)        # O(n) to search characters in s1
        s1 = s1[0:i] + s1[i+1:]        # O(n) to build a new string
    return result                  # O(1)

那么总复杂度是 O(1 + m*(n + 1 + n + n) + 1) 或更简单的 O(m*n)。这对这个问题没有效率。

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替代算法更快的关键在于set(s2) 仅包含字符串s2 中的不同字符。这很重要，因为构成这些字符串的字母表具有恒定的、有限的大小。小写字母大概是 26。鉴于此，替代算法的外循环实际上最多运行 26 次：

def scramble(s1,s2):
    for letter in set(s2):                      # O(m) to build a set 
                                                # loop runs O(1) times
        if s1.count(letter) < s2.count(letter):     # O(n) + O(m) to count
                                                    # chars from s1 and s2
            return False                            # O(1)
    return True                                 # O(1)

这意味着替代算法的复杂度为 O(m + 1*(n + m + 1) + 1) 或更简单的 O(m + n)，这意味着它比您的算法渐进地更有效。

Answer 2

首先，set 速度很快，而且非常擅长它的工作。对于 in 之类的东西，set 比 list 快​​。

其次，您的解决方案比正确的解决方案做得方式。请注意，第二个解决方案永远不会修改 s1 或 s2，而您的解决方案都采用 两片 s1 然后重新分配 s1。这与调用.index() 一起。切片并不是最快的操作，主要是因为必须分配内存和复制数据。 .remove() 可能会比 .index() 和你正在做的切片的组合更快。

这里的基本信息是，如果任务可以在更少的操作中完成，它显然会执行得更快。切片也比大多数其他方法更昂贵，因为分配空间和复制内存比正确解决方案使用的.count() 等计算方法更昂贵。