字符串匹配 - Sunday算法

作者: 半亩房顶 | 来源:发表于2019-05-28 19:22 被阅读1次

    背景

    提起字符串匹配,可能很多人都会想到KMP算法 O(m+n),但是其实KMP并不常用,因为依然是慢的,常用的其实是BM算法 O(m/n)(Boyer-Moore算法),这就是很多文本编辑器的查找功能采用的算法,而Sunday算法是在其之上又做了一些改动。

    思路

    先说下BM算法

    其核心就是两个启发策略:
    (1)坏字符算法

    当出现一个坏字符时, BM算法向右移动模式串, 让模式串中最靠右的对应字符与坏字符相对,然后继续匹配。坏字符算法有两种情况。

    Case1:模式串中有对应的坏字符时,让模式串中最靠右的对应字符与坏字符相对(PS:BM不可能走回头路,因为若是回头路,则移动距离就是负数了,肯定不是最大移动步数了),如下图。

    Case1

    Case2:模式串中不存在坏字符,很好,直接右移整个模式串长度这么大步数,如下图。

    Case2

    (2)好后缀算法

    如果程序匹配了一个好后缀, 并且在模式中还有另外一个相同的后缀或后缀的部分, 那把下一个后缀或部分移动到当前后缀位置。假如说,pattern的后u个字符和text都已经匹配了,但是接下来的一个字符不匹配,我需要移动才能匹配。如果说后u个字符在pattern其他位置也出现过或部分出现,我们将pattern右移到前面的u个字符或部分和最后的u个字符或部分相同,如果说后u个字符在pattern其他位置完全没有出现,很好,直接右移整个pattern。这样,好后缀算法有三种情况,如下图所示:

    Case1:模式串中有子串和好后缀完全匹配,则将最靠右的那个子串移动到好后缀的位置继续进行匹配。

    Case1

    Case2:如果不存在和好后缀完全匹配的子串,则在好后缀中找到具有如下特征的最长子串,使得P[m-s…m]=P[0…s]。

    Case2

    Case3:如果完全不存在和好后缀匹配的子串,则右移整个模式串。

    (3)移动规则

    BM算法的移动规则是:

    将3中算法基本框架中的j += BM(),换成j += MAX(shift(好后缀),shift(坏字符)),即

    BM算法是每次向右移动模式串的距离是,按照好后缀算法和坏字符算法计算得到的最大值。

    shift(好后缀)和shift(坏字符)通过模式串的预处理数组的简单计算得到。坏字符算法的预处理数组是bmBc[],好后缀算法的预处理数组是bmGs[]。

    而这两个算法的具体实现,这里不再说,请移步前辈的文章观看: grep之字符串搜索算法Boyer-Moore由浅入深

    知道了BM算法,下面我们来说Sunday算法

    Sunday算法

    Sunday算法是从前往后匹配(BM是从后往前),关注的是主串中参与匹配的最末字符(并非正在匹配、或者说参与比较的)的下一位,好好记住这句话,因为这里是Sunday算法里最不容易理解的地方了,对,最不容易,而且还是个单纯的文字理解
    Sunday算法只有一个启发策略

    Case1:如果关注的字符没有在子串中出现则直接跳过
    移动位数 = 子串长度 + 1;
    Case2: 否则,其
    移动位数 = 子串长度 - 该字符最右出现的位置(以0开始)
    或者移动位数 = 子串中该字符最右出现的位置到尾部的距离 + 1
    看下例子:

    Case1
    Case2

    简直简单的不像话,但是其实简单想一下就知道,这个算法缺点也很明显,有得有失嘛,这个是必然的

    缺点

    如果是下面这个情况,会怎么样?
    主串:baaaabaaaabaaaabaaaa
    子串:aaaaa
    没错,这个时候,效率瞬间变成了O(m*n)
    Sunday算法的移动是取决于子串的,这一点跟BM算法没什么区别,当这个子串重复很多的时候,就会非常糟糕了
    大家知道这一点,然后有所取舍,就好啦,下面上代码吧

    代码

    def sunday_search(self, haystack: str, needle: str) -> int:
            if not needle:
                return 0
    
            offset = {}
            n_l = len(needle)
    
            for i in range(n_l):
                offset[needle[i]] = n_l - i
    
            i, j, h_l = 0, 0, len(haystack)
    
            while i <= h_l - n_l:
                j = 0
    
                while haystack[i + j] == needle[j]:
                    j += 1
                    if j == n_l:
                        return i
    
                if i + n_l == h_l:
                    return -1
    
                if haystack[i + n_l] in offset:
                    i += offset[haystack[i + n_l]]
                else:
                    i += n_l + 1
    
            return -1
    

    以上,欢迎大家讨论,共同进步


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