【问题标题】:Java program to identify patterns in numbers用于识别数字模式的 Java 程序
【发布时间】:2012-07-10 21:44:20
【问题描述】:

我希望创建一个程序来识别数字中的某些模式。我不确定这是否需要算法或只是经过深思熟虑的编程。我不是在寻找提供源代码的人,只是一些发人深省的想法让我朝着正确的方向前进。

数字将是 6 位的固定长度,从 000000 到 999999。我猜每个数字都将存储为数组的一部分。然后我想根据一个模式测试这个数字。

例如,假设我使用的 3 种模式是

A A A A A A - would match such examples as 111111 , 222222, 333333 etc where 
A B A B A B - would match such examples as 121212 , 454545, 919191 etc
A (A+1) (A+2) B (B+1) (B+2) - would match such examples as 123345, 789123, 456234

我想我坚持的部分是如何将整数数组的每个部分分配给一个值,例如 A 或 B

我最初的想法是将每个部分分配为一个单独的字母。因此,如果数组由 1 3 5 4 6 8 组成,那么我将创建一个类似

的地图
A=1
B=3
C=5
D=4
E=6
F=8

然后是如何取第一个模式,

AAAAAA

并用 if (AAAAAA = ABCDEF) 之类的东西进行测试,然后我们匹配了 AAAAAAA

如果没有,那么通过我所有的模式尝试 (ABABAB = ABCDEF) 等

在这种情况下,没有理由分配给 C 的值不能与分配给 F 的值相同,例如数字 234874。

我不确定这是否对任何人都有意义,但我想我可以根据反馈改进我的问题。

总之,我正在寻找有关如何让程序接受 6 位数字并将其匹配的模式返回给我们的想法。

解决方案

在给出的 cmets 让我走上正轨之后,下面是我创建的最终解决方案。

package com.doyleisgod.number.pattern.finder;

import java.io.File;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Element;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;


public class FindPattern {
private final int[] numberArray; //Array that we will match patterns against.
private final Document patternTree = buildPatternTree(); //patternTree containing all the patterns
private final Map<String, Integer> patternisedNumberMap; //Map used to allocate ints in the array to a letter for pattern analysis
private int depth = 0; //current depth of the pattern tree

// take the int array passed to the constructor and store it in out numberArray variable then build the patternised map
public FindPattern (int[] numberArray){
    this.numberArray = numberArray;
    this.patternisedNumberMap = createPatternisedNumberMap();
}

//builds a map allocating numbers to letters. map is built from left to right of array and only if the number does not exist in the map does it get added
//with the next available letter. This enforces that the number assigned to A can never be the same as the number assigned to B etc
private Map<String, Integer> createPatternisedNumberMap() {
    Map<String, Integer> numberPatternMap = new HashMap<String, Integer>();

    ArrayList<String> patternisedListAllocations = new ArrayList<String>();
    patternisedListAllocations.add("A");
    patternisedListAllocations.add("B");
    patternisedListAllocations.add("C");
    patternisedListAllocations.add("D");
    Iterator<String> patternisedKeyIterator = patternisedListAllocations.iterator();

    for (int i = 0; i<numberArray.length; i++){
        if (!numberPatternMap.containsValue(numberArray[i])) {
            numberPatternMap.put(patternisedKeyIterator.next(), numberArray[i]);
        } 
    }
    return numberPatternMap;
}

//Loads an xml file containing all the patterns.
private Document buildPatternTree(){
    Document document = null;
    try {
    File patternsXML = new File("c:\\Users\\echrdoy\\Desktop\\ALGO.xml");
    DocumentBuilderFactory dbf = DocumentBuilderFactory.newInstance();
    DocumentBuilder db = dbf.newDocumentBuilder();
    document = db.parse(patternsXML);

    } catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
        System.out.println("Error building tree pattern");
    }
    return document;
}

//gets the rootnode of the xml pattern list then called the dfsnodesearch method to analyse the pattern against the int array. If a pattern is found a
//patternfound exception is thorwn. if the dfsNodeSearch method returns without the exception thrown then the int array didn't match any pattern
public void patternFinder() {
    Node rootnode= patternTree.getFirstChild();
    try {
        dfsNodeSearch(rootnode);
        System.out.println("Pattern not found");
    } catch (PatternFoundException p) {
        System.out.println(p.getPattern());
    }
}

//takes a node of the xml. the node is checked to see if it matches a pattern (this would only be true if we reached the lowest depth so must have 
//matched a pattern. if no pattern then analyse the node for an expression. if expression is found then test for a match. the int from the array to be tested
//will be based on the current depth of the pattern tree. as each depth represent an int such as depth 0 (i.e root) represent position 0 in the int array
//depth 1 represents position 1 in the int array etc. 
private void dfsNodeSearch (Node node) throws PatternFoundException {
    if (node instanceof Element){
        Element nodeElement = (Element) node;
        String nodeName = nodeElement.getNodeName();

        //As this method calls its self for each child node in the pattern tree we need a mechanism to break out when we finally reach the bottom
        // of the tree and identify a pattern. For this reason we throw pattern found exception allowing the process to stop and no further patterns.
        // to be checked.
        if (nodeName.equalsIgnoreCase("pattern")){
            throw new PatternFoundException(nodeElement.getTextContent());
        } else {
            String logic = nodeElement.getAttribute("LOGIC");
            String difference = nodeElement.getAttribute("DIFFERENCE");

            if (!logic.equalsIgnoreCase("")&&!difference.equalsIgnoreCase("")){
                if (matchPattern(nodeName, logic, difference)){
                    if (node.hasChildNodes()){
                        depth++;
                        NodeList childnodes = node.getChildNodes();
                        for (int i = 0; i<childnodes.getLength(); i++){
                            dfsNodeSearch(childnodes.item(i));
                        }
                        depth--;
                    }
                } 
            }
        }


    }
}

//for each node at a current depth a test will be performed against the pattern, logic and difference to identify if we have a match. 
private boolean matchPattern(String pattern, String logic, String difference) {
    boolean matched = false;
    int patternValue = patternisedNumberMap.get(pattern);

    if (logic.equalsIgnoreCase("+")){
        patternValue += Integer.parseInt(difference);
    } else if (logic.equalsIgnoreCase("-")){
        patternValue -= Integer.parseInt(difference);
    }

    if(patternValue == numberArray[depth]){
        matched=true;
    }

    return matched;
}


}

模式的 xml 列表如下所示

<?xml version="1.0"?>
<A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
    <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
        <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
            <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(A)(A)(A)</pattern>
            </A>
            <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(A)(B)(A)</pattern>
            </B>
        </A>
        <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
            <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(A)(B)(A)</pattern>
            </A>
            <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(A)(B)(B)</pattern>
            </B>
        </B>
    </A>
    <A LOGIC="+" DIFFERENCE="2">
        <A LOGIC="+" DIFFERENCE="4">
            <A LOGIC="+" DIFFERENCE="6">
                <pattern>(A)(A+2)(A+4)(A+6)</pattern>
            </A>
       </A>
    </A>
    <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
        <A LOGIC="+" DIFFERENCE="1">
            <B LOGIC="+" DIFFERENCE="1">
                <pattern>(A)(B)(A+1)(B+1)</pattern>
            </B>
        </A>
        <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
            <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(B)(A)(A)</pattern>
            </A>
            <B LOGIC="+" DIFFERENCE="1">
                <pattern>(A)(B)(A)(B+1)</pattern>
            </B>
            <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(B)(A)(B)</pattern>
            </B>
        </A>
        <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
            <A LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(B)(B)(A)</pattern>
            </A>
            <B LOGIC="=" DIFFERENCE="0">
                <pattern>(A)(B)(B)(B)</pattern>
            </B>
        </B>
        <A LOGIC="-" DIFFERENCE="1">
            <B LOGIC="-" DIFFERENCE="1">
                <pattern>(A)(B)(A-1)(B-1)</pattern>
            </B>
        </A>
    </B>
    <A LOGIC="+" DIFFERENCE="1">
        <A LOGIC="+" DIFFERENCE="2">
            <A LOGIC="+" DIFFERENCE="3">
                <pattern>(A)(A+1)(A+2)(A+3)</pattern>
            </A>
        </A>
    </A>
    <A LOGIC="-" DIFFERENCE="1">
        <A LOGIC="-" DIFFERENCE="2">
            <A LOGIC="-" DIFFERENCE="3">
                <pattern>(A)(A-1)(A-2)(A-3)</pattern>
            </A>
        </A>
    </A>
</A>

我的模式发现异常类看起来像这样

package com.doyleisgod.number.pattern.finder;

public class PatternFoundException extends Exception {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private final String pattern;

public PatternFoundException(String pattern) {
    this.pattern = pattern;
}

public String getPattern() {
    return pattern;
}

}

不确定这是否会帮助有类似问题的任何人,或者是否有人对它的工作原理有任何帮助,如果能听到他们的话会很棒。

【问题讨论】:

  • 好吧,我不会硬编码完全匹配(即 A = 1 类型的情况)。您可能希望将遇到的每个不同字符视为不同的数字。空格分隔应该是不同的数字(不是数字)。
  • 这是人工智能的东西。道格拉斯·霍夫施塔特 (Douglas Hofstadter) 正是在这种模式发现上建立了他的载体。
  • 嘿,你想有几个预定义的模式并检查它们吗?是否已经有语义如何存储您的模式或者没有固定格式?
  • 我已经建立了一个小模型,值得我在这里发布,以便其他可能想要解决类似问题的人可以查看它。如果是这样,在哪里发布呢?在一个新线程中?或者编辑我在这个线程中的原始帖子?

标签: java algorithm


【解决方案1】:

我建议构建状态机:

A.使用模式初始化:

  1. 规范化所有模式
  2. 构建深度为 6 的树,表示从根开始的所有模式以及每个深度上的所有可能选择。

B.运行状态机


A.1。模式标准化。

A A A A A A => A0 A0 A0 A0 A0 A0

C A C A C A => A0 B0 A0 B0 A0 B0(总是以A开头,然后是B、C、D等)

B B+1 B+2 A A+1 A+2 => A0 A1 A2 B0 B1 B2

因此,你总是有从 A0 开始的标准化模式。

A.2。建一棵树

1.       A0
       /  | \
2.   A0  B0  A1
      |   |   |
3.   A0  A0  A2
      |   |   |
4.   A0  B0  B0
      |   |   |
5.   A0  A0  B1
      |   |   |
6.   A0  B0  B2
      |   |   |
     p1  p2  p3

B.运行状态机

使用Depth-first search algorithm 使用递归查找匹配的模式。

这有意义吗?

【讨论】:

  • 谢谢尤里,这似乎让我朝着正确的方向前进。我采用的方法是创建模式的树形结构。这样所有模式都将包含在树中,并使用 DFS 技术来消除最高级别的分支,从而消除多个模式。
【解决方案2】:

你可以把你的数字分解成一个字节数组(如果你愿意,也可以是整数),每个字符一个。每个模式都可以根据数组的适当元素之间的直接比较来定义。

ababab=a[0]==a[2] && a[2]==a[4] && a[1]==a[3] && a[3]==a[5] && a[0]!=a[1]
aaabbb=a[0]==a[1] && a[1]==a[2] && a[3]==a[4] && a[4]==a[5] && a[0]!=a[3]
fedcba=(a[0]-a[1])==1 && (a[1]-a[2])==1 && (a[2]-a[3])==1 && (a[3]-a[4])==1 && (a[4]-a[5]==1)

【讨论】:

    【解决方案3】:

    使用以下非常快速的匹配功能很容易。

    假设模式是 PatternElement 的数组,其中 PatternElement 由一个字母和一个整数组成。

    鉴于数字是数字数组。

    现在使用 Number 和 Digit 的每个组合调用 match() 函数(嵌套 for 循环)。

    match 函数从左到右迭代模式和数字,并替换数字以匹配模式中的字母。如果一个数字被替换,也将所有相同的数字替换到他的右边。如果你到达一个不是数字的索引,因为它已经被替换了,那么检查这个元素是否与模式匹配。

    Example 1 iterations. Pattern: A B A C    Number 3 2 3 5
                                   ^                 ^ 
                       1.                            A 2 A 5    replace 3 by A. 
                                     ^                 ^
                       2.                            A B A 5    replace 2 by B
                                       ^                 ^    
                       3.                            A B A 5    Existing A matches pattern. Good
                                         ^                 ^
                       4.                            A B A C    replace 5 by C. SUCCESS
    

    对于 (n+2),您可以通过在替换或匹配期间做一些额外的数学来做同样的事情。

    注意:号码不必仅由数字组成。如果你想替换任何字符,你甚至可以匹配相似的模式!所以 A B C A B C 也会匹配通用形式的 D F G D F G。

    【讨论】:

      【解决方案4】:

      您可以推断约束,然后使用回溯算法来确定特定数字是否与模式匹配(有时称为constraint satisfaction problem)。

      例如,让我们分别表示 6 个数字 d1、d2、d3、d4、d5 和 d6 中的每一个。然后,模式A (A+1) (A+2) B (B+1) (B+2) 可以重写为以下规则/约束集:

      dx = 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
      d2 = d1 + 1
      d2 = d1 + 2
      d4 = d3 + 1
      d5 = d3 + 2
      

      在您的示例中,我只能看到两种推断规则-一种用于数字相等(d1 = d2,如果它们在模式中的位置具有相同的字符),另一种用于算术运算(我不知道 A 和 B 是否应该是不同的数字,如果是这样,您将需要额外的不等式规则)。所有种类都可以简单地转化为约束。

      然后可以从这些约束中编译可能的解决方案树。它可能以这样的开头:

      [A = ?]
      |-- 1
      |-- 2
      |-- 3
      |   |-- [B = ?]
      |       |-- 1
      ...     ...
      

      然后在其他节点上包含约束。

      您自己可能很难正确实现回溯算法,因此找到适合您平台的 Prolog 实现(参见 Java 的 this 问题)然后将约束转换为 Prolog 规则是有意义的。

      【讨论】:

        【解决方案5】:

        对于您作为示例提到的特定模式,可以编写简单的程序来检查输入字符串是否匹配。

        如果模式变得比你提到的更复杂,你可以使用Context-free grammar 和正则表达式来指定你的规则。还有 lex 和 yacc 等工具,它们会根据指定的规则处理输入字符串,如果匹配或不匹配则返回。

        【讨论】:

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