In this work, we address the problem of approximate pattern matching with wildcards. Given a pattern $P$ of length $m$ containing $D$ wildcards, a text $T$ of length $n$, and an integer $k$, our objective is to identify all fragments of $T$ within Hamming distance $k$ from $P$. Our primary contribution is an algorithm with runtime $O(n+(D+k)(G+k)\cdot n/m)$ for this problem. Here, $G \le D$ represents the number of maximal wildcard fragments in $P$. We derive this algorithm by elaborating in a non-trivial way on the ideas presented by [Charalampopoulos et al., FOCS'20] for pattern matching with mismatches (without wildcards). Our algorithm improves over the state of the art when $D$, $G$, and $k$ are small relative to $n$. For instance, if $m = n/2$, $k=G=n^{2/5}$, and $D=n^{3/5}$, our algorithm operates in $O(n)$ time, surpassing the $\Omega(n^{6/5})$ time requirement of all previously known algorithms. In the case of exact pattern matching with wildcards ($k=0$), we present a much simpler algorithm with runtime $O(n+DG\cdot n/m)$ that clearly illustrates our main technical innovation: the utilisation of positions of $P$ that do not belong to any fragment of $P$ with a density of wildcards much larger than $D/m$ as anchors for the sought (approximate) occurrences. Notably, our algorithm outperforms the best-known $O(n\log m)$-time FFT-based algorithms of [Cole and Hariharan, STOC'02] and [Clifford and Clifford, IPL'04] if $DG = o(m\log m)$. We complement our algorithmic results with a structural characterization of the $k$-mismatch occurrences of $P$. We demonstrate that in a text of length $O(m)$, these occurrences can be partitioned into $O((D+k)(G+k))$ arithmetic progressions. Additionally, we construct an infinite family of examples with $\Omega((D+k)k)$ arithmetic progressions of occurrences, leveraging a combinatorial result on progression-free sets [Elkin, SODA'10].


翻译:本文研究含通配符的近似模式匹配问题。给定长度为 $m$、包含 $D$ 个通配符的模式 $P$,长度为 $n$ 的文本 $T$,以及整数 $k$,目标是找出 $T$ 中与 $P$ 的汉明距离不超过 $k$ 的所有片段。我们的主要贡献是提出一个运行时间为 $O(n+(D+k)(G+k)\cdot n/m)$ 的算法,其中 $G \le D$ 表示 $P$ 中最大通配符片段的数目。该算法通过深度拓展 [Charalampopoulos 等,FOCS'20] 针对不含通配符的容错模式匹配思想而获得。当 $D$、$G$ 和 $k$ 相对于 $n$ 较小时,本算法优于现有技术。例如,当 $m = n/2$、$k=G=n^{2/5}$、$D=n^{3/5}$ 时,算法可在 $O(n)$ 时间内运行,超越所有已知算法所需的 $\Omega(n^{6/5})$ 时间。在精确通配符模式匹配($k=0$)场景下,我们提出一个更简洁的算法,运行时间为 $O(n+DG\cdot n/m)$,清晰阐释了核心技术创新:利用 $P$ 中不属于任何具有远大于 $D/m$ 通配符密度的片段的位置,作为待求(近似)匹配的锚点。值得注意的是,当 $DG = o(m\log m)$ 时,本算法优于 [Cole 和 Hariharan,STOC'02] 及 [Clifford 和 Clifford,IPL'04] 中基于快速傅里叶变换的 $O(n\log m)$ 最优算法。我们进一步通过 $P$ 的 $k$-错配匹配结构刻画补充算法结果:在长度为 $O(m)$ 的文本中,这些匹配可划分为 $O((D+k)(G+k))$ 个等差数列。此外,利用无等差数列集的组合结果 [Elkin,SODA'10],我们构造了包含 $\Omega((D+k)k)$ 个匹配等差数列的无限实例族。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年7月1日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
6+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
5+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
7+阅读 · 4月25日
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
10+阅读 · 4月25日
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
14+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
10+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
5+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员