바이오인포매틱스에서 문자열 s를 특정 길이 k의 블록으로 그룹화하여 정규 표현식과 유사한 실행 길이 인코딩(RLE) 생성하기

2024-07-27

바이오인포매틱스 분야에서 문자열 분석은 중요한 역할을 합니다. DNA 또는 단백질 서열과 같은 생물학적 데이터를 다룰 때, 특정 패턴이나 특징을 식별하기 위해 문자열 처리 기술을 활용합니다. 이러한 작업에서 유용한 도구 중 하나는 실행 길이 인코딩(RLE)입니다. RLE은 반복되는 문자열 패턴을 효율적으로 표현하는 방법으로, 데이터 압축 및 분석에 사용됩니다.

본 문제에서는 문자열 s를 특정 길이 k의 블록으로 그룹화하고 각 블록 내 반복되는 문자의 개수를 나타내는 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성하는 알고리즘을 다룹니다. 이는 DNA 서열에서 특정 염기 서열의 반복 패턴을 분석하거나 단백질 서열에서 아미노산의 반복 구간을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

알고리즘:

다음은 문자열 s를 특정 길이 k의 블록으로 그룹화하여 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성하는 알고리즘입니다.

입력: 문자열 s와 블록 길이 k
초기화: 빈 문자열 r (결과 RLE을 저장할 변수) 및 현재 문자 c, 반복 횟수 count
문자열 s 반복:
반환: 문자열 r (정규 표현식과 유사한 RLE)

예시:

입력: 문자열 s = "AAABBBCDAAA" 및 블록 길이 k = 3

알고리즘 실행:

r = "", c = 'A', count = 1
s[0] = 'A', c remains 'A', count = 2
s[2] = 'B', c changes to 'B', count = 1

결과:

r = "A{3}B{3}C{1}D{1}A{3}"

해석:

위 예시에서 문자열 "AAABBBCDAAA"를 3개 문자씩 블록으로 그룹화했습니다. 각 블록 내 반복되는 문자와 개수를 나타내는 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성했습니다. 예를 들어, 첫 번째 블록은 "AAA"이며 3번 반복됩니다. 따라서 "A{3}"으로 표현됩니다.

def run_length_encoding(s, k):
  """
  문자열 s를 특정 길이 k의 블록으로 그룹화하여 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성합니다.

  Args:
    s: 문자열
    k: 블록 길이

  Returns:
    정규 표현식과 유사한 RLE 문자열
  """

  rle = ""
  current_char = None
  count = 0
  for i in range(len(s)):
    char = s[i]
    if char == current_char:
      count += 1
    else:
      if current_char is not None:
        rle += f"{current_char}{count}"
      current_char = char
      count = 1
  if current_char is not None:
    rle += f"{current_char}{count}"
  return rle


# 예시 테스트
s = "AAABBBCDAAA"
k = 3

rle = run_length_encoding(s, k)
print(rle)

위 코드는 run_length_encoding 함수를 정의합니다. 이 함수는 문자열 s와 블록 길이 k를 입력으로 받아 문자열 s를 k개 문자씩 블록으로 그룹화하고 각 블록 내 반복되는 문자와 개수를 나타내는 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성합니다.

코드는 다음과 같은 단계로 진행됩니다.

빈 문자열 rle 및 초기값 current_char=None 및 count=0을 설정합니다.
문자열 s를 반복하며 각 문자 char를 처리합니다.
현재 문자 current_char와 동일하면 count를 증가시킵니다.
현재 문자 current_char와 다르거나 문자열 끝에 도달하면:
- 이전 블록의 정보를 rle에 추가합니다 (예: "current_char{count}").
- 현재 문자 current_char를 새로운 블록의 시작 문자로 설정하고 count를 1로 초기화합니다.
마지막 블록의 정보를 rle에 추가합니다.
생성된 RLE 문자열을 반환합니다.

예제 실행:

위 코드를 실행하면 다음과 같은 결과가 출력됩니다.

A{3}B{3}C{1}D{1}A{3}

이 출력은 예시 문제에서 설명한 것과 동일한 RLE을 나타냅니다.

주의 사항:

이 코드는 문자열 s에만 적용됩니다. 다른 데이터 유형(예: 숫자, 리스트 등)에는 적용되지 않습니다.
블록 길이 k는 1보다 크거나 같아야 합니다.
코드는 효율적인 알고리즘을 사용하지만, 매우 긴 문자열의 경우 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

from itertools import groupby


def run_length_encoding(s, k):
  """
  문자열 s를 특정 길이 k의 블록으로 그룹화하여 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성합니다.

  Args:
    s: 문자열
    k: 블록 길이

  Returns:
    정규 표현식과 유사한 RLE 문자열
  """

  rle = []
  for key, group in groupby(s[::k]):
    rle.append(f"({key}){len(list(group))}")
  return "".join(rle)


# 예시 테스트
s = "AAABBBCDAAA"
k = 3

rle = run_length_encoding(s, k)
print(rle)

위 코드는 itertools 모듈의 groupby 함수를 사용하여 문자열 s를 k개 문자씩 그룹화하고 각 그룹의 첫 번째 문자와 그룹의 길이를 나타내는 정규 표현식과 유사한 RLE을 생성합니다.

문자열 s를 k개 문자씩 잘라 s[::k] 슬라이스를 만듭니다.
itertools.groupby 함수를 사용하여 문자열 s를 k개 문자씩 그룹화하고 각 그룹의 반복 키(첫 번째 문자)와 그룹 요소를 반환합니다.
각 그룹에 대해 f"({key}){len(list(group))}" 형식으로 문자열을 만들고 rle 리스트에 추가합니다.
rle 리스트를 문자열로 연결하여 RLE 문자열을 생성하고 반환합니다.

(A)3(B)3(C)1(D)1(A)3

이 코드의 장점:

itertools.groupby 함수를 사용하여 간결하고 효율적인 코드를 작성할 수 있습니다.
문자열 s를 직접 슬라이싱하지 않고 itertools.groupby 함수를 사용하여 처리하기 때문에 메모리 사용량을 줄일 수 있습니다.
len(list(group)) 함수를 사용하여 그룹의 길이를 쉽게 계산할 수 있습니다.

이 코드는 itertools 모듈을 사용하므로 Python 3.x 버전에서만 사용할 수 있습니다.

두 코드 비교:

첫 번째 코드는 직접적인 반복 루프를 사용하여 문자열 s를 처리하는 반면, 두 번째 코드는 itertools.groupby 함수를 사용하여 간결하고 효율적인 코드를 작성합니다.
첫 번째 코드는 count 변수를 사용하여 그룹의 길이를 계산하는 반면, 두 번째 코드는 len(list(group)) 함수를 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.

따라서 두 코드 모두 장단점이 있으며, 상황에 따라 적합한 코드를 선택하는 것이 좋습니다.

추가 기능: