如何使用正则处理数字数据

1、问题背景

我们有一个数字流 [0,0,0,7,8,0,0,2,5,6,10,11,10,13,5,0,1,0,…]，希望通过正则表达式来处理它，找到符合以下模式的"波动"：

• [[ >= 5 ]]{3,}: 连续3个以上数字 >= 5
• [[ < 3 ]]{2,}: 连续2个以上数字 < 3

我们的目标是找出符合以上模式的子数组。

2、解决方案

2.1 状态机

这个问题可以使用状态机来解决。状态机是一种用来描述有限状态自动机的模型，它由一组状态、一组输入符号、一组转移函数和一个初始状态组成。

在这个问题中，状态机可以有三个状态：

• 状态1：当前还没有找到符合模式的子数组，并且最后一个看到的数字 < 5。
• 状态2：当前已经找到了符合模式的子数组，并且最后一个看到的数字 >= 5。
• 状态3：当前已经找到了符合模式的子数组，并且最后一个看到的数字 < 3。

当我们遍历数字流时，我们可以根据当前的状态和下一个数字来更新状态。例如，如果当前状态是状态1，并且下一个数字 >= 5，那么我们就会更新状态为状态2。如果当前状态是状态2，并且下一个数字 < 3，那么我们就更新状态为状态3。如果当前状态是状态3，并且下一个数字 >= 5，那么我们就找到了一个符合模式的子数组，并且我们会从状态3回到状态2。

我们可以使用以下Python代码来实现这个状态机：

def process(numbers):
  state = 1
  subarrays = []
  current_subarray = []

  for number in numbers:
    if state == 1:
      if number >= 5:
        state = 2
        current_subarray = [number]
    elif state == 2:
      if number >= 5:
        current_subarray.append(number)
      else:
        state = 3
    else:
      if number < 3:
        current_subarray.append(number)
      else:
        state = 2
        subarrays.append(current_subarray)
        current_subarray = [number]

  if state == 2:
    subarrays.append(current_subarray)

  return subarrays

这个函数接收一个数字列表作为输入，并返回一个列表，其中包含所有符合模式的子数组。

2.2 正则表达式引擎

另一个解决这个问题的方法是使用正则表达式引擎。正则表达式引擎是一种用来匹配字符串中特定模式的工具。我们可以使用正则表达式引擎来匹配符合模式的子数组。

例如，我们可以使用以下正则表达式来匹配符合模式的子数组：

([[ >=5 ]]{3,})[[ <3 ]]{2,}

这个正则表达式表示：

• [[ >=5 ]]{3,}：连续3个以上数字 >= 5
• [[ <3 ]]{2,}：连续2个以上数字 < 3

我们可以使用以下Python代码来使用正则表达式引擎来解决这个问题：

import re

def process(numbers):
  pattern = re.compile(r"([[ >=5 ]]{3,})[[ <3 ]]{2,}")
  matches = pattern.finditer(" ".join(map(str, numbers)))
  return [list(map(int, match.group(1).split())) for match in matches]

这个函数接收一个数字列表作为输入，并返回一个列表，其中包含所有符合模式的子数组。

2.3 性能比较

状态机和正则表达式引擎这两种方法都可以用来解决这个问题。在性能上，状态机通常比正则表达式引擎更快。这是因为状态机只需要遍历数字流一次，而正则表达式引擎需要遍历数字流多次。

在实践中，这两种方法的性能差异并不明显。因此，我们可以根据自己的喜好来选择使用哪种方法。