BoyerMoore 算法分析
创始人
2024-05-22 04:44:46

BoyerMoore 算法分析

匹配方向:从右向左开始匹配(从 ^ 的位置开始向左匹配):

aaaaaFaaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaa^

一、坏字符匹配

坏字符:源串中第一个不匹配的字符就是坏字符(F 是坏字符):

aaaaaFaaaaaaaaaaaaa
aaaaaaa^

指针移动方式1

如果坏字符不在模式串中,则将指针向右移动“模式串长度”个字符,重新开始比较:

aaaaaFaaaaaFaaaaaaaaaaaaaa-------^

解释:当前模式串为 7 个 a,所以指针向右移动 7 个字符,目的是把 F 排除于下次比较的范围,如果移动不足 7 个字符,那么 F 就进入了下次比较的范围,由于 F 不在模式串中,让它进入比较范围没有意义。

重新比较之后,再次遇到坏字符 F:

aaaaaFaaaaaFaaaaaaaaaaaaaa^

指针继续向右移动 7 个字符:

aaaaaFaaaaaFaaaaaaaaaaaaaa-------^

完成匹配。

指针移动方式2

如果坏字符在模式串中,则需要在开始搜索之前,先找出模式串中各个字符最后出现的位置,然后记下该位置之后还有多少个字符。

aaaaabaaaaabccbcaaa
aabccbc

不看源串,只看模式串:
最右边的 a 之后有 5 个字符
最右边的 b 之后有 1 个字符
最右边的 c 之后有 0 个字符

记录该数据的目的是为了让指针能够跳转指定的长度,但是字符 c 所记录的数据 0 却没有使指针产生移动,所以最后一个字符不应该被记录,这样我们就需要使用前一个 c 的位置来记录,也就是 c 之后有 2 个字符,于是有了下面的跳转表:

如果遇到坏字符 a,则指针向右移动 5 个字符
如果遇到坏字符 b,则指针向右移动 1 个字符
如果遇到坏字符 c,则指针向右移动 2 个字符
如果遇到其它坏字符,则指针向右移动“模式串长度”个字符

开始比较:

aaaaabaaaaabccbcaaa
aabccbc^

遇到坏字符 a,指针向右移动 5 个字符:

aaaaabaaaaabccbcaaaaabccbc-----^

解释:跳转表中记录的遇到 a 应该跳转 5 个字符,目的是为了让源串中的坏字符 a 与模式串中的字符 a 对齐,如果跳转不足 5 个字符,则模式串中没有任何字符可以与源串中的 a 匹配上,因为 5 就是 a 在模式串中最后一次出现的位置,再往后就没有 a 了。

重新比较之后,再次遇到坏字符 b:

aaaaabaaaaabccbcaaaaabccbc^

根据跳转表中的记录,遇到 b 应该使指针向右移动 1 个字符:

aaaaabaaaaabccbcaaaaabccbc-^

重新比较之后,再次遇到坏字符 a:

aaaaabaaaaabccbcaaaaabccbc^

指针向右移动 5 个字符:

aaaaabaaaaabccbcaaaaabccbc-----^

完成匹配。

前面提到的跳转表,叫做“坏字符跳转表”,使用该表已经可以实现字符串快速查找。

二、好后缀匹配

为了进一步提高速度,BoyerMoore 算法还提出了另一种匹配方式,叫做“好后缀”匹配。

好后缀:匹配过程中已经匹配的部分就是好后缀(ba 是好后缀):

aaFbaaaaaba
aaaba^

指针移动方式1

如果好后缀在模式串中没有重复的部分(比如 ababa 中后缀 ba 就与前一个 ba 重复,这就不符合当前的情况),则将指针向右移动“模式串长度+已匹配长度”个字符,重新开始比较:

aaFbaaaaaba
-----aaaba-------^

说明:模式串刚好移动到源串上次匹配的 ba 之后,因为模式串向右移动的原则是“使源串中上次匹配的 ba 与模式串中离好后缀 ba 最近的某个 ba 对齐”,可是好后缀左边没有重复的 ba,所以无法与源串中的 ba 对齐,那就只能将模式串整个移动到源串的 ba 之后。

重新比较之后,没有出现好后缀:

aaFbaaaaabaaaaba^

只能向右移动一个字符:

aaFbaaaaaba-aaaba-^

完成匹配。

指针移动方式2

如果好后缀在模式串中有重复的部分,则将指针向右移动“好后缀到最后一个重复部分之间的距离+已匹配的长度”个字符,重新开始比较:

aaaaaaFbabaCbaCba
abaCbaCba^

因为好后缀 ba 前面有重复的 ba,所以需要将离好后缀最近的 ba 与源串中上次匹配的 ba 对齐:

aaaaaaFbabaCbaCba
---abaCbaCba-----^

此时没有匹配的后缀,只能将模式串向右移动一个字符:

aaaaaaFbabaCbaCba-abaCbaCba-^

此时仍然没有匹配的后缀,只能将模式串向右移动一个字符:

aaaaaaFbabaCbaCba-abaCbaCba-^

此时出现好后缀 baCba:

aaaaaaFbabaCbaCbaabaCbaCba^

这个好后缀比较特殊,它是有重复部分的,只不过前后重叠在一起:

aaaaaaFbabaCbaCbaabaCbaCba^^^^^^^^^^^

此时需要将重复部分移动到源串中上次匹配的 baCba 位置:

aaaaaaFbabaCbaCba---abaCbaCba--------^

完成匹配。

如果有多个连续的重复部分,则可以一次跳过所有这些重复部分,例如:

aaaaaaaFbababababa
bababababa^

按照一般思路,应该将离好后缀最近的一个 ba 与源串中上次匹配的 ba 对齐,但是因为这些重复 ba 是相连的,既然 F 与好后缀 ba 之前的 a 不匹配,那么所有相连的 ba 前一个字符都是 a,都不可能与 F 匹配,所以可以一次跳过所有相连的 ba,将最左边的重复 ba 与源串中上次匹配的 ba 对齐即可:

aaaaaaaFbababababa
--------bababababa---------^

完成匹配。

好后缀也有一个跳转表,只需要在搜索之前计算好,就可以实现快速搜索,好后缀的跳转表计算起来要比坏字符复杂一些。

BoyerMoore 算法同时使用“坏字符”和“好后缀”两种跳转方式,每次遇到坏字符时,也会出现好后缀,然后选择两种跳转方式中跳转距离更远的作为本次跳转长度。

在 FPC 的 StrUtils 单元中有 BoyerMoore 算法的实现,可以参考。

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