缓慢的 Swift 字符串性能

Question

我正在尝试解决回文分区问题。你可以在https://leetcode.com/problems/palindrome-partitioning/找到问题。

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。

但与 Python 实现相同的想法可以通过：

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

Swift String 是Characters 的集合，Character 表示单个扩展字素簇，可以是一个或多个 Unicode 标量。这使得某些索引操作（例如“跳过前 N 个字符”）变慢。

但第一个改进是“短路”isPalindrome() 功能。而不是完全构建反向字符串，比较 字符序列及其相反的序列并立即停止 发现差异：

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

s.characters.reversed() 不会反向创建新集合 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())， 您强制为反向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)

这将我的测试中的计算时间从大约 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)

然后迭代字符索引本身：

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
}

计算时间现在是 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。更妙的是， 使用数组 slices 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
}

计算时间现在是 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

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
}

110 个字符的测试字符串的计算时间现在是 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，请转换字符串 首先到一个数组。
• 处理字符串的 UTF-16 视图可能比处理更快 带有字符视图。

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 倍。