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如何使用deBruijn圖(在JavaScript中)生成所有deBruijn序列?

2022-04-27 00:57:38 移動端開發

我有這段代碼,我把它放在一起試圖生成所有可能的 de Bruijn 序列,但沒有得到“預期”的結果。它使用(我認為被稱為)de Bruijn 圖,帶有歐拉回圈。

const SIZE = 8

const vertices = getEveryBitPermutation(SIZE).reduce((m, x) => {
  m.set(x, new Array)
  return m
}, new Map)

for (let [v, edges] of vertices) {
  const l = rol(v, SIZE)//.toString(2).padStart(SIZE, 0)
  const r = ror(v, SIZE)//.toString(2).padStart(SIZE, 0)
  edges.push(l)
  edges.push(r)
}

for (let string of collectStrings(vertices)) {
  if (isDeBruijnSequence(string, SIZE))
    console.log(string, parseInt(string, 2).toString(16))
}

function *collectStrings(vertices) {
  const strings = {}
  const visited = new Uint32Array(2 ** SIZE)
  for (let [v] of vertices) {
    // zero
    for (let i = 0, n = visited.length; i < n; i  ) {
      visited[i] = 0
    }
    const string = dfs(v, vertices, visited).join('')
    yield string
    strings[string] = true
  }
  return Object.keys(strings).sort()
}

function dfs(start, vertices, visited, results = []) {
  const stack = [start]

  while (stack.length) {
    const v = stack.shift()
    visited[v] = 1

    const targets = vertices.get(v)

    if (targets) {
      targets.forEach(target => {
        if (visited[target] != 1) {
          visited[target] = 1
          results.push(target.toString(2).padStart(SIZE, 0))
          stack.push(target)
        }
      })
    }
  }

  return results
}

function getEveryBitPermutation(size) {
  let start = 2 ** (size - 1)
  let end = 2 ** size - 1
  const set = new Uint32Array(end - start)
  let i = 0
  while (start < end) {
    set[i  ] = start  
  }
  return set
}

function rol(n, size) {
  const bits = n.toString(2).padStart(size, 0).split('').reverse()
  const left = bits.pop()
  bits.unshift(left)
  const string = bits.reverse().join('')
  const number = parseInt(string, 2)
  return number
}

function ror(n, size) {
  const bits = n.toString(2).padStart(size, 0).split('').reverse()
  const right = bits.shift()
  bits.push(right)
  const string = bits.reverse().join('')
  const number = parseInt(string, 2)
  return number
}

function isDeBruijnSequence(string, spanSizeInBits) {
  let bits = string.split('').reverse()
  let i = 0
  const totalElementSize = 2 ** spanSizeInBits
  const chunksVisited = new Uint8ClampedArray(totalElementSize)
  while (i < bits.length) {
    const chunk = bits.slice(i, i   spanSizeInBits)
    if (chunk.length < spanSizeInBits) {
      const diff = bits.slice(0, spanSizeInBits - chunk.length)
      chunk.push(...diff)
    }
    const string = chunk.reverse().join('')
    const number = parseInt(string, 2)
    if (chunksVisited[number] == 1) {
      return false
    }
    chunksVisited[number] = 1
    i  
  }
  return true
}

首先,有一個SIZE屬性。這告訴整個程式有多少位。在本例中為 8。因此它生成 8 位(頂點)的所有排列,然后左右旋轉以在每個頂點上生成兩條向外的邊。這將創建一個基本圖表。然后它在這個圖上進行 DFS 以生成我猜的游走,然后從每個頂點開始輸出一個字串。還有一個函式isDeBruijnSequence可以檢查它是否也是 de Bruijn 序列。

SIZE從可能生成的數百個字串中,我只得到了一小部分(5-20?? 個,具體取決于),這些字串結果是 de Bruijn 序列。我也不確定我是否應該做其他事情來解決這個問題。

我不確定的最后一件事是我如何區分n. 在我的例子中,以 8 位為例,因為有兩條邊,這意味著每個 8 位頂點都會產生一個 16 位的結果。至少它看起來是這樣的。所以想知道如何糾正這個以生成所有可能的 de Bruijn 序列,對于任何一個SIZE

另一個代碼修訂和結果似乎變得稍微好一些。

這個談話/演示似乎說你可以以某種方式從一個圖中生成所有的 de Bruijn 序列,但我已經看到了一些不同的方式來構建邊緣等等,所以不確定“正確”的方法是什么,或者如果我說得對。

uj5u.com熱心網友回復:

我想通了,它必須是一個被遍歷的漢密爾頓回圈

// import findCycle from 'find-cycle/directed'
import hamiltonianCycle from 'javascript-algorithms-and-data-structures/src/algorithms/graph/hamiltonian-cycle/hamiltonianCycle.js'
import Graph from 'javascript-algorithms-and-data-structures/src/data-structures/graph/Graph.js'
import GraphVertex from 'javascript-algorithms-and-data-structures/src/data-structures/graph/GraphVertex.js'
import GraphEdge from 'javascript-algorithms-and-data-structures/src/data-structures/graph/GraphEdge.js'

const SIZE = 5

const vertices = getEveryBitPermutation(SIZE).reduce((m, x) => {
  m[x.toString(2).padStart(SIZE, 0)] = new Array
  return m
}, {})

Object.keys(vertices).forEach(v => {
  Object.keys(vertices).forEach(v2 => {
    if (v != v2 && isWired(v, v2)) {
      if (!vertices[v].includes(v2))
        vertices[v].push(v2)
    }
  })
})

function isWired(a, b) {
  let a_end = a.split('')
  a_end.shift()
  a_end = a_end.join('')
  let b_start = b.split('')
  b_start.pop()
  b_start = b_start.join('')
  return a_end === b_start
}

let i = 1
for (let string of collectStrings(vertices)) {
  // if (isDeBruijnSequence(string, SIZE))
    console.log(String(i  ).padStart(4, ' '),
      isDeBruijnSequence(string, SIZE) ? '!' :' ',
      string,
      parseInt(string, 2).toString(16)
    )
}

function *collectStrings(vertices) {
  const visited = new Uint32Array(2 ** SIZE)
  let j = 0
  for (const v in vertices) {
    // zero
    for (let i = 0, n = visited.length; i < n; i  ) {
      visited[i] = 0
    }
    const strings = dfs(j  , v, vertices, visited, 1)
    for (let string of strings) {
      if (string) yield string
    }
  }
}

function dfs(i, start, vertices, visited, dir, results = []) {
  const graph = new Graph(true)
  graph.addVertex(new GraphVertex(start))
  Object.keys(vertices).forEach(v => {
    const vertex = new GraphVertex(v)
    try {
      graph.addVertex(vertex)
    } catch (e) {}
  })
  Object.keys(vertices).forEach(v => {
    const vertex = graph.getVertexByKey(v)
    vertices[v].forEach(e => {
      graph.addEdge(new GraphEdge(vertex, graph.getVertexByKey(e)))
    })
    try {
      graph.addEdge(new GraphEdge(vertex, graph.getVertexByKey(start)))
    } catch (e) {}
  })
  const cycle = hamiltonianCycle(graph)

  while (cycle.length) {
    const vertexes = cycle.pop()
    const key = []
    vertexes.forEach(vert => {
      key.push(vert.value[vert.value.length - 1])
    })
    results.push(key.join(''))
  }

  return results
}

function getEveryBitPermutation(size) {
  let start = 0
  let end = 2 ** size
  const set = new Uint32Array(end - start)
  let i = 0
  while (start < end) {
    set[i  ] = start  
  }
  return set
}

function isDeBruijnSequence(string, spanSizeInBits) {
  let bits = string.split('').reverse()
  let i = 0
  const totalElementSize = 2 ** spanSizeInBits
  const chunksVisited = new Uint8ClampedArray(totalElementSize)
  while (i < bits.length) {
    const chunk = bits.slice(i, i   spanSizeInBits)
    if (chunk.length < spanSizeInBits) {
      const diff = bits.slice(0, spanSizeInBits - chunk.length)
      chunk.push(...diff)
    }
    const string = chunk.reverse().join('')
    const number = parseInt(string, 2)
    if (chunksVisited[number] == 1) {
      return false
    }
    chunksVisited[number] = 1
    i  
  }
  return true
}

流的示例輸出:

30698 ! 00100011001111101101001010111000 233ed2b8
30699 ! 00100011001111101010010110111000 233ea5b8
30700 ! 00100011001111101001010110111000 233e95b8
30701 ! 00100011001110110101001011111000 233b52f8
30702 ! 00100011001110110100101011111000 233b4af8
30703 ! 00100011001110101001011011111000 233a96f8
30704 ! 00100011001110100101011011111000 233a56f8
30705 ! 00100011001011111011010100111000 232fb538
30706 ! 00100011001011101101010011111000 232ed4f8
30707 ! 00100011001011011111010100111000 232df538
30708 ! 00100011001011011101010011111000 232dd4f8

生成所有 65536 de Bruijn 序列需要 1.5 分鐘n = 5因為n > 5它崩潰了,使用了太多的記憶體來生成所有的哈密頓回圈。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/yidong/464745.html

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