java如何实现通配符匹配

发布时间：2022-01-17 14:31:45 作者：清风
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Java如何实现通配符匹配

通配符匹配是一种常见的字符串匹配问题，通常用于处理文件名匹配、搜索过滤等场景。在Java中，我们可以通过多种方式实现通配符匹配，本文将详细介绍几种常见的实现方法。

1. 通配符匹配的基本概念

通配符匹配通常涉及两种通配符：

*：匹配任意长度的任意字符（包括空字符）。
?：匹配任意单个字符。

例如，模式 *.txt 可以匹配所有以 .txt 结尾的文件名，而模式 a?b 可以匹配 aab、acb 等字符串。

2. 使用正则表达式实现通配符匹配

Java中的正则表达式（java.util.regex）可以用于实现通配符匹配。我们可以将通配符模式转换为正则表达式，然后使用 Pattern 和 Matcher 类进行匹配。

2.1 通配符模式转换为正则表达式

首先，我们需要将通配符模式转换为正则表达式。具体步骤如下：

将 * 替换为 .*。
将 ? 替换为 .。
对特殊字符进行转义。

例如，通配符模式 *.txt 可以转换为正则表达式 .*\.txt。

2.2 实现代码

import java.util.regex.Pattern;
import java.util.regex.Matcher;

public class WildcardMatcher {

    public static boolean matches(String pattern, String input) {
        // 将通配符模式转换为正则表达式
        String regex = pattern.replace(".", "\\.")  // 转义点号
                             .replace("?", ".")    // 替换问号
                             .replace("*", ".*");  // 替换星号

        // 编译正则表达式
        Pattern compiledPattern = Pattern.compile(regex);

        // 创建匹配器
        Matcher matcher = compiledPattern.matcher(input);

        // 进行匹配
        return matcher.matches();
    }

    public static void main(String[] args) {
        String pattern = "*.txt";
        String input = "example.txt";

        boolean result = matches(pattern, input);
        System.out.println("匹配结果: " + result);  // 输出: 匹配结果: true
    }
}

2.3 优缺点

优点：实现简单，代码量少。
缺点：正则表达式在处理复杂模式时可能会影响性能。

3. 使用动态规划实现通配符匹配

动态规划是一种解决复杂问题的有效方法，适用于通配符匹配问题。我们可以使用一个二维数组 dp[i][j] 来表示模式的前 i 个字符和输入字符串的前 j 个字符是否匹配。

3.1 动态规划算法

初始化 dp[0][0] 为 true，表示空模式匹配空字符串。
初始化 dp[i][0] 为 true，如果模式的前 i 个字符都是 *。
对于每个字符 pattern[i-1] 和 input[j-1]：
- 如果 pattern[i-1] 是 *，则 dp[i][j] = dp[i-1][j] || dp[i][j-1]。
- 如果 pattern[i-1] 是 ? 或 pattern[i-1] == input[j-1]，则 dp[i][j] = dp[i-1][j-1]。
- 否则，dp[i][j] = false。

3.2 实现代码

public class WildcardMatcher {

    public static boolean isMatch(String pattern, String input) {
        int m = pattern.length();
        int n = input.length();

        boolean[][] dp = new boolean[m + 1][n + 1];
        dp[0][0] = true;

        // 初始化第一行
        for (int i = 1; i <= m; i++) {
            if (pattern.charAt(i - 1) == '*') {
                dp[i][0] = dp[i - 1][0];
            }
        }

        // 填充dp数组
        for (int i = 1; i <= m; i++) {
            for (int j = 1; j <= n; j++) {
                if (pattern.charAt(i - 1) == '*') {
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j] || dp[i][j - 1];
                } else if (pattern.charAt(i - 1) == '?' || pattern.charAt(i - 1) == input.charAt(j - 1)) {
                    dp[i][j] = dp[i - 1][j - 1];
                } else {
                    dp[i][j] = false;
                }
            }
        }

        return dp[m][n];
    }

    public static void main(String[] args) {
        String pattern = "*.txt";
        String input = "example.txt";

        boolean result = isMatch(pattern, input);
        System.out.println("匹配结果: " + result);  // 输出: 匹配结果: true
    }
}

3.3 优缺点

优点：适用于复杂的通配符模式，性能较好。
缺点：实现较为复杂，代码量较大。

4. 使用递归实现通配符匹配

递归是一种直观的实现方法，适用于简单的通配符匹配问题。我们可以通过递归的方式逐个字符进行匹配。

4.1 递归算法

如果模式为空，输入字符串也必须为空。
如果模式当前字符是 *，则递归匹配剩余的模式和输入字符串，或者匹配剩余的模式和输入字符串的下一个字符。
如果模式当前字符是 ? 或与输入字符串当前字符相等，则递归匹配剩余的模式和输入字符串。
否则，返回 false。

4.2 实现代码

public class WildcardMatcher {

    public static boolean isMatch(String pattern, String input) {
        return isMatchHelper(pattern, input, 0, 0);
    }

    private static boolean isMatchHelper(String pattern, String input, int pIndex, int sIndex) {
        if (pIndex == pattern.length()) {
            return sIndex == input.length();
        }

        if (pattern.charAt(pIndex) == '*') {
            return isMatchHelper(pattern, input, pIndex + 1, sIndex) ||
                   (sIndex < input.length() && isMatchHelper(pattern, input, pIndex, sIndex + 1));
        } else if (sIndex < input.length() && (pattern.charAt(pIndex) == '?' || pattern.charAt(pIndex) == input.charAt(sIndex))) {
            return isMatchHelper(pattern, input, pIndex + 1, sIndex + 1);
        } else {
            return false;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String pattern = "*.txt";
        String input = "example.txt";

        boolean result = isMatch(pattern, input);
        System.out.println("匹配结果: " + result);  // 输出: 匹配结果: true
    }
}

4.3 优缺点

优点：实现简单，易于理解。
缺点：性能较差，容易导致栈溢出。

5. 总结

在Java中，我们可以通过多种方式实现通配符匹配。正则表达式适用于简单的场景，动态规划适用于复杂的模式匹配，而递归则适用于简单的实现。根据实际需求选择合适的实现方法，可以提高代码的效率和可维护性。