本文档详细介绍了如何在 Java 中计算两个字符串之间的汉明距离。汉明距离是两个等长字符串之间，对应位置上不同字符的个数。本文将提供一个 hammingDistance 方法的实现，该方法接收两个字符串作为输入，并返回它们的汉明距离。如果字符串长度不一致，则返回 -1。此外，还将演示如何在主方法中使用该方法，并结合数组操作，找到与目标字符串汉明距离最小的字符串。
汉明距离的计算
汉明距离是信息论中的一个重要概念，用于衡量两个等长字符串之间的差异。它表示将一个字符串转换成另一个字符串所需要替换的字符个数。
hammingDistance 方法的实现
以下是一个计算汉明距离的 Java 方法：
public class HammingDistance { public static int hammingDistance(String str1, String str2) { // 检查字符串长度是否相等 if (str1.length() != str2.length()) { return -1; // 如果长度不一致，返回 -1 } int distance = 0; // 遍历字符串，比较对应位置的字符 for (int i = 0; i < str1.length(); i++) { if (str1.charAt(i) != str2.charAt(i)) { distance++; // 如果字符不同，距离加 1 } } return distance; // 返回汉明距离 } public static void main(String[] args) { // 示例用法 String str1 = "dog"; String str2 = "dig"; int distance = hammingDistance(str1, str2); System.out.println("The Hamming distance between "" + str1 + "" and "" + str2 + "" is: " + distance); // 输出：1 String str3 = "cat"; String str4 = "car"; distance = hammingDistance(str3, str4); System.out.println("The Hamming distance between "" + str3 + "" and "" + str4 + "" is: " + distance); // 输出：1 String str5 = "hello"; String str6 = "world"; distance = hammingDistance(str5, str6); System.out.println("The Hamming distance between "" + str5 + "" and "" + str6 + "" is: " + distance); // 输出：4 String str7 = "short"; String str8 = "longer"; distance = hammingDistance(str7, str8); System.out.println("The Hamming distance between "" + str7 + "" and "" + str8 + "" is: " + distance); // 输出：-1 } }
代码解释:
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- 长度检查: 首先，该方法检查输入的两个字符串 str1 和 str2 的长度是否相等。如果长度不相等，则直接返回 -1，因为汉明距离只适用于等长字符串。
- 距离计算: 如果字符串长度相等，则初始化一个变量 distance 为 0。然后，使用一个循环遍历字符串的每个字符。
- 字符比较: 在循环中，比较 str1 和 str2 在相同位置 i 上的字符。如果字符不相同，则将 distance 加 1。
- 返回值: 循环结束后，distance 变量存储了汉明距离，该方法返回 distance。
在 main 方法中使用 hammingDistance
以下是如何在 main 方法中使用 hammingDistance 方法的示例：
import java.util.Scanner; public class Main { public static int hammingDistance(String str1, String str2) { if (str1.length() != str2.length()) { return -1; } int distance = 0; for (int i = 0; i < str1.length(); i++) { if (str1.charAt(i) != str2.charAt(i)) { distance++; } } return distance; } public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); // 创建字符串数组和距离数组 String[] stringList = new String[5]; int[] distances = new int[5]; // 读取 5 个字符串 for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.print((i + 1) + ". Enter string: "); stringList[i] = scanner.nextLine(); } // 读取目标字符串 System.out.print("Enter target: "); String target = scanner.nextLine(); // 计算汉明距离 for (int i = 0; i < 5; i++) { distances[i] = hammingDistance(stringList[i], target); } // 查找最小汉明距离 int minDistance = Integer.MAX_VALUE; int minIndex = -1; for (int i = 0; i < 5; i++) { if (distances[i] != -1 && distances[i] < minDistance) { minDistance = distances[i]; minIndex = i; } } // 输出结果 System.out.print("Contents of array distances: "); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.print(i + " " + distances[i] + " "); } System.out.println(); if (minIndex != -1) { System.out.println("String with min Hamming distance: " + stringList[minIndex]); } else { System.out.println("No Hamming distance found"); } scanner.close(); } }
代码解释:
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- 输入读取: 使用 Scanner 类从控制台读取 5 个字符串和一个目标字符串。
- 距离计算: 循环遍历 stringList 数组，调用 hammingDistance 方法计算每个字符串与目标字符串的汉明距离，并将结果存储在 distances 数组中。
- 查找最小值: 循环遍历 distances 数组，找到最小的汉明距离（不包括 -1）。
- 输出结果: 输出 distances 数组的内容，并输出与目标字符串汉明距离最小的字符串。如果所有距离都是 -1，则输出 “No Hamming distance found”。
注意事项
- 汉明距离只能用于等长字符串。如果字符串长度不一致，需要进行处理，例如截断、填充或者返回错误信息。
- 在计算汉明距离时，需要确保字符编码一致。如果字符编码不一致，可能会导致计算结果错误。
- 在实际应用中，可以根据需要对汉明距离进行归一化，例如除以字符串长度，以便比较不同长度字符串之间的差异。
总结
本文介绍了如何在 Java 中计算字符串的汉明距离，并提供了一个完整的示例代码。通过本文的学习，您应该能够理解汉明距离的概念，并能够使用 Java 实现汉明距离的计算。此外，您还了解了如何在实际应用中使用汉明距离，例如查找与目标字符串最相似的字符串。