In this work, we revisit the fundamental and well-studied problem of approximate pattern matching under edit distance. Given an integer $k$, a pattern $P$ of length $m$, and a text $T$ of length $n \ge m$, the task is to find substrings of $T$ that are within edit distance $k$ from $P$. Our main result is a streaming algorithm that solves the problem in $\tilde{O}(k^5)$ space and $\tilde{O}(k^8)$ amortised time per character of the text, providing answers correct with high probability. (Hereafter, $\tilde{O}(\cdot)$ hides a $\mathrm{poly}(\log n)$ factor.) This answers a decade-old question: since the discovery of a $\mathrm{poly}(k\log n)$-space streaming algorithm for pattern matching under Hamming distance by Porat and Porat [FOCS 2009], the existence of an analogous result for edit distance remained open. Up to this work, no $\mathrm{poly}(k\log n)$-space algorithm was known even in the simpler semi-streaming model, where $T$ comes as a stream but $P$ is available for read-only access. In this model, we give a deterministic algorithm that achieves slightly better complexity. In order to develop the fully streaming algorithm, we introduce a new edit distance sketch parametrised by integers $n\ge k$. For any string of length at most $n$, the sketch is of size $\tilde{O}(k^2)$ and it can be computed with an $\tilde{O}(k^2)$-space streaming algorithm. Given the sketches of two strings, in $\tilde{O}(k^3)$ time we can compute their edit distance or certify that it is larger than $k$. This result improves upon $\tilde{O}(k^8)$-size sketches of Belazzougui and Zhu [FOCS 2016] and very recent $\tilde{O}(k^3)$-size sketches of Jin, Nelson, and Wu [STACS 2021].


翻译:在这项工作中,我们重新审视了在编辑距离下匹配近似模式的基本和深层次问题。 在整数 $ 、 美元 、 美元 、 美元 、 美元 和 美元 的文本, 任务在于找到在编辑距离范围内的 $ k美元 。 我们的主要结果是一个流式算法, 解决 $ (tilde{O}) 的( k) 空间 和 美元, 美元, (d) 美元 的平面, 美元, 以平面 美元, 提供答案的正确率 。 (Terrefer, $\ t{(cd), 以 美元 平面 美元 的 。 这解决了一个十年来的问题: 自发现 $\ mathrme{poly} (k) (k), 平面 平面 和 平面 平面的平面算算算算算 $。

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