การศึกษา String Matching Algorithm ด้วยภาษา Objective-C

 

 

บทนำ

ในปัจจุบัน เราอยู่ในยุคที่ข้อมูลมีการจัดเก็บและทำงานกันอย่างมหาศาล ไม่ว่าจะเป็นในด้านการสื่อสาร การวิเคราะห์ข้อมูล หรือการสร้างระบบต่าง ๆ หนึ่งในความท้าทายที่เราต้องเจอคือ การค้นหา string ภายใน string อื่น ๆ ซึ่งเป็นพื้นฐานของการประมวลผลข้อมูลประเภทข้อความ วันนี้เราจะมาสำรวจ String Matching Algorithm ที่มักถูกใช้ในภาษาโปรแกรม Objective-C พร้อมกับตัวอย่าง code และ use case ที่น่าสนใจกัน!

 

String Matching Algorithm คืออะไร?

String Matching Algorithm

คือ กระบวนการหรือวิธีการในการค้นหาข่อความ (substring) ภายในข้อความหลัก (string) ซึ่งสามารถนำไปใช้ได้หลายกรณี เช่น :

- การค้นหาข้อความในเอกสาร

- การค้นหาคำในฐานข้อมูล

- เทคโนโลยีการค้นหาข้อมูลในอินเทอร์เน็ต (search engine)

 

ตัวอย่าง Algorithm

หนึ่งใน String Matching Algorithm ที่มีชื่อเสียงและใช้กันอย่างแพร่หลายคือ Knuth-Morris-Pratt (KMP) Algorithm ซึ่งช่วยให้การค้นหานั้นรวดเร็วยิ่งขึ้น ด้วยการใช้แนวทางที่แตกต่างจากการค้นหาแบบ brute-force ที่จะต้องเปรียบเทียบแต่ละอักขระ

โครงสร้างของ KMP Algorithm

1. Preprocessing: สร้างตารางที่เรียกว่า *Prefix Table* เพื่อเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการเปรียบเทียบในขณะที่ค้นหา 2. Search: ใช้ข้อมูลจาก *Prefix Table* ในการป้อนข้อมูลเข้าสู่การค้นหารอบถัดไปได้อย่างรวดเร็ว

ตัวอย่าง Code

ด้านล่างคือรูปแบบของ KMP Algorithm ที่เขียนด้วยภาษา Objective-C:

 #import <Foundation/Foundation.h>

@interface KMP : NSObject

- (NSArray<NSNumber *> *)kmpSearch:(NSString *)text pattern:(NSString *)pattern;

@end

@implementation KMP

- (NSArray<NSNumber *> *)kmpSearch:(NSString *)text pattern:(NSString *)pattern {
    NSMutableArray<NSNumber *> *result = [NSMutableArray array];

    NSArray *prefixTable = [self buildPrefixTable:pattern];
    NSInteger textLength = [text length];
    NSInteger patternLength = [pattern length];

    NSInteger i = 0, j = 0;

    while (i < textLength) {
        if ([text characterAtIndex:i] == [pattern characterAtIndex:j]) {
            i++;
            j++;
            if (j == patternLength) {
                [result addObject:@(i - j)];
                j = [prefixTable[j] integerValue];
            }
        } else if (j > 0) {
            j = [prefixTable[j] integerValue];
        } else {
            i++;
        }
    }
    return [result copy];
}

- (NSArray<NSNumber *> *)buildPrefixTable:(NSString *)pattern {
    NSInteger length = [pattern length];
    NSMutableArray<NSNumber *> *prefixTable = [NSMutableArray arrayWithCapacity:length];

    for (NSInteger i = 0; i < length; i++) {
        [prefixTable addObject:@(0)];
    }

    NSInteger j = 0;
    for (NSInteger i = 1; i < length;) {
        if ([pattern characterAtIndex:i] == [pattern characterAtIndex:j]) {
            j++;
            [prefixTable replaceObjectAtIndex:i withObject:@(j)];
            i++;
        } else {
            if (j != 0) {
                j = [prefixTable[j - 1] integerValue];
            } else {
                [prefixTable replaceObjectAtIndex:i withObject:@(0)];
                i++;
            }
        }
    }
    return prefixTable;
}

@end

การทดสอบ Algorithm

มากล่าวถึงวิธีการทดสอบการทำงานของ KMP Algorithm กัน:

 int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        KMP *kmp = [[KMP alloc] init];
        NSString *text = @"ababcababcabcdabc";
        NSString *pattern = @"abc";

        NSArray<NSNumber *> *result = [kmp kmpSearch:text pattern:pattern];
        NSLog(@"Pattern found at indexes: %@", result);
    }
    return 0;
}

เมื่อรันโค้ดนี้ โปรแกรมจะค้นหาคำว่า "abc" ในข้อความ "ababcababcabcdabc" และแสดง index ที่พบคำว่า "abc".

 

Use Case ในโลกจริง

1. การค้นหาข้อความในเอกสาร

ในโครงการที่ทำการพัฒนา software สำหรับการค้นหาข้อมูล ผู้ใช้อาจต้องการค้นหาคำที่เฉพาะเจาะจงในเอกสารขนาดใหญ่ ซึ่ง KMP Algorithm สามารถช่วยลดเวลาในการค้นหาได้อย่างมาก โดยเฉพาะเอกสารที่มีข้อมูลจำนวนมาก

2. การจัดการฐานข้อมูล

ในฐานข้อมูลขนาดใหญ่ เช่น การเก็บข้อมูลชื่อบุคคล หรือข้อมูลสินค้า การใช้ Algorithm นี้สามารถทำให้การค้นหาคำเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมดีขึ้น

 

Complexity Analysis

- Time Complexity

การวิเคราะห์เวลาในการทำงานของ KMP Algorithm มีความซับซ้อนในระดับ O(n + m) โดยที่ n คือขนาดของข้อความ และ m คือขนาดของ pattern ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ทำให้ KMP มีประสิทธิภาพดีเมื่อเปรียบเทียบกับ Algorithm แบบ brute-force ที่มีความซับซ้อนไม่ดีนักใน O(n * m)

- Space Complexity

ในด้านของความจำ KMP จำเป็นต้องใช้ O(m) สำหรับการสร้าง Prefix Table ซึ่งไม่ได้สูงเกินไป

 

ข้อดี - ข้อเสียของ KMP Algorithm

ข้อดี

1. ประสิทธิภาพสูง: KMP เป็น Algorithm ที่เร็วขึ้นในการค้นหาข้อความเมื่อเทียบกับ brute-force 2. เซฟพื้นที่หน่วยความจำ: ใช้พื้นที่หน่วยความจำน้อยกว่าหลาย ๆ Algorithm ที่มีฟังก์ชั่นเดียนั้น

ข้อเสีย

1. ความซับซ้อนในการเข้าใจ: ผู้ที่เพิ่งเริ่มเรียนรู้ programming อาจพบว่าการทำความเข้าใจ KMP มีความซับซ้อน 2. การใช้หน่วยความจำ: สำหรับ string ขนาดใหญ่ อาจใช้เวลาในการคำนวณและหน่วยความจำเยอะตาม Prefix Table

 

สรุป

String Matching Algorithm คือ ส่วนสำคัญสำหรับนักพัฒนาโปรแกรมในการรับมือกับข้อมูลข้อความและมีบทบาทอย่างสำคัญในโลกของการวิเคราะห์ข้อมูล ทั้งนี้ KMP Algorithm เป็นตัวอย่างที่ช่วยให้การค้นหาข้อความรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้ว่า KMP จะอาจมีความซับซ้อนในขั้นตอนการเรียนรู้ แต่การเข้าใจและใช้งาน API ในภาษา Objective-C จะสามารถช่วยให้คุณเป็นนักพัฒนาโปรแกรมที่มีความเชี่ยวชาญได้

หากคุณเป็นคนหนึ่งที่สนใจในการเรียนรู้การพัฒนาโปรแกรม ไม่ว่าจะเป็นการทำความเข้าใจ Algorithm ต่าง ๆ หรือการเขียนโค้ดที่มีประสิทธิภาพและตอบโจทย์ทางการเขียนโปรแกรมต่าง ๆ ที่ EPT (Expert-Programming-Tutor) เรามีหลักสูตรที่ตอบสนองต่อความต้องการของคุณ 🍏 รูปแบบการเรียนรู้ที่สนุกและมีประสิทธิภาพ!

 

 

หมายเหตุ: ข้อมูลในบทความนี้อาจจะผิด โปรดตรวจสอบความถูกต้องของบทความอีกครั้งหนึ่ง บทความนี้ไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงใด ๆ ได้ ทาง EPT ไม่ขอยืนยันความถูกต้อง และไม่ขอรับผิดชอบต่อความเสียหายใดที่เกิดจากบทความชุดนี้ทั้งทางทรัพย์สิน ร่างกาย หรือจิตใจของผู้อ่านและผู้เกี่ยวข้อง