Swift String性能缓慢

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。

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Python实现的相同想法可以通过：

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的实现以及为什么swift的实现比python慢​​。

Answer 1

Swift String是的集合Character，并且a Character
表示单个扩展的字素簇，该簇可以是一个或多个Unicode标量。这会使某些索引操作（例如“跳过前N个字符”）变慢。

但是第一个改进是使功能“短路” isPalindrome() 。与其完全构建反向字符串，不如将字符序列与其反向序列进行比较，并在发现差异后立即停止：

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

s.characters.reversed()不会以相反的顺序创建新的集合，它只是从头到尾枚举字符。String(s.characters.reversed())但是，在方法中使用as时，将强制为反向字符串创建新的集合，这会使它变慢。

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

let endIndex = string.index(string.startIndex, offsetBy: length-1)

然后遍历字符索引本身：

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
}

现在的计算时间为0.7秒。

下一步是完全避免字符串索引，并使用字符数组，因为数组索引速度很快。更好的是，使用数组 切片 来快速创建和引用原始数组元素：

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
}

现在的计算时间为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），则可以使用UTF-16代码点代替：

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
}

现在，110个字符的测试字符串的计算时间为0.04秒。

因此，使用Swift字符串时可能会提高性能的一些技巧是

• 依次遍历字符/索引。避免“跳”到第n个位置。
• 如果需要“随机”访问所有字符，请首先将字符串转换为数组。
• 使用字符串的UTF-16视图可能比使用字符视图更快。

当然，这取决于实际用例。在 此 应用程序中，我们能够将计算时间从6秒减少到0.04秒，即150倍。