字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

时间:2021-03-30 04:32:25

关于字符串匹配算法有很多,之前我有讲过一篇 KMP 匹配算法:图解字符串匹配 KMP 算法,不懂 kmp 的建议看下,写的还不错,这个算法虽然很牛逼,但在实际中用的并不是特别多。至于选择哪一种字符串匹配算法,在不同的场景有不同的选择。

在我们平时文档里的字符查找里

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

采用的就是 Boyer-Moore 匹配算法了,简称BM算法。这个算法也是有一定的难度,不过今天,我选用一个例子,带大家读懂这个字符串匹配 BM 算法,看完这篇文章,保证你能够掌握这个算法的思想。

首先我先给出一个字符串和一个模式串

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

接下来我们要在字符串中查找有没有和模式串匹配的字串,步骤如下:

坏字符

1、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

和其他的匹配算法不同,BM 匹配算法,是从模式串的尾部开始匹配的,所以我们把字符串和模式串的尾部对齐。

显然,从图中我们可以发现,s 和 e 并不匹配。这时我们把“s” 称之为坏字符,即代表不匹配的字符。而且我们可以发现,s 和模式串中的任意一个字符都不匹配,所以这时,我们可以直接把模式串移动到 s 的后面。

2、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

从图中可以看出,此时 p 和 e 不匹配,所以 p 是一个坏字符,不过,我们可以发现 “p” 包含在模式串中

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

所以,我们不能像第一步那样,把模式串直接全部移到 p 的后面去,而是移动两位,让两个 p 对齐。

4、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

那么问题来了,当我们碰到碰到坏字符的时候,该移动几位呢?

下面我和大家讲一下这个问题,首先我们要算出模式串中两个字符的下标。这两个字符分别是

(1)模式串中与坏字符对应的那个字符的下标,在我们上面那个例子中,就是 e。

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

显然,这个 e 的下标是 6(从0开始算起)。我们用变量 t1 来代表这个字符的下标吧。

(2)坏字符在模式串中的下标,在我们上面那个例子中,坏字符在模式串中的下标为 4,我们用变量 t2 来代表这个下标,如图

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

找出这两个字符的下标之后,我们就可以计算移动的位数了

移动的位数 = t1 - t2。

例如上面的例子步骤 2 中 t1 = 6, t2 = 4,所以移动了 t1 - t2 = 2 位。

(1)这个时候可能有人会问了,那如果模式串中有多个 p 呢?

答是如果有多个,我们只计算最右边的那个(当然是移动的位数越少越安全了)

(2)可能又有人会问,那如果模式串中并不存在坏字符呢?例如步骤1

答是如果不存在的话,我们把 t2 赋值为 -1,即 t2 = -1。所以我们步骤 1 中移动了 t1 - t2 = 6 - (-1) = 7 位。

好了,现在我们已经解决了遇到坏字符之后,应该移动多少位的问题了。

好后缀

我们继续匹配

5、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

匹配,所以继续匹配前面的字符

6、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

匹配,继续匹配前面的字符

7、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

匹配,继续匹配前面的字符

8、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

匹配,继续匹配前面的字符

9、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

遇到坏字符 i,按照我们前面的规则,可以计算出 t1 = 2(就是a的下标)。t2 = -1(因为模式串不存在坏字符)。所以移动的位数是 t1 - t2 = 3。

但是,我想问一下,这是最好的移动方式吗?有没有更好的移动方法呢?接下来我就和大家介绍一种更好的方法,这种方法就是根据好后缀来移动位数。首先我们先介绍下啥的好后缀

在上面的例子中,我们发现 "mple" 是能够成功匹配的

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

我们把这些能够成功匹配的子串,称之为好后缀,所以呢,e,le,elp,mple 都是好后缀

因为 e, le, elp在之前的步骤中,也是能够成功匹配。不过 mple 是最长的好后缀。

接下来我们要在模式串的前面寻找与好后缀匹配的子串,这句话的意思就是说,我们要在模式串中寻找这样一个子串s:s 与好后缀匹配,并且s中的字符不能与好后缀有重叠。

我举个例子吧,例如有模式串 abcddab,然后好后缀分别是 b, ab, dab。那么与好后缀匹配的字串有 b,ab。(因为abcddab前面中的b可以与好后缀 b 匹配,前面的 ab 与好后缀 ab 匹配)。不过,没有与好后缀 dab 匹配的子串。

那么问题来了,如果我们找到了多个这样的子串的话,我们要选择哪一个呢?例如上面我们找到了两个,分别是 a,ab。

这个时候,我们选择与比较长的那个好后缀匹配的子串,例如,上面的例子中,我们会选择 ab,我们把这个被选中的子串(ab)称之为好前缀吧(我是为了后面方便描述,才给它这个一个称呼)。

找出了好后缀好前缀之后 ,我们就可以知道要移动几位了,公式如下:

移动的位数 = 好后缀的下标 - 好前缀的下标。

当然,好后缀有多个,我们是选择和好前缀匹配的那一个。那么好后缀的下标怎么算呢?,计算方法是按照好后缀的最后一个字符的下标为准,例如模式串 abcddab 中好后缀 ab 的下标为 6(下标从 0 开始算起)。好前缀下标的方法也是一样,以最后一个字符的下标位准,例如模式串 abcddab 中,好前缀 ab 的下标为 1。

这里可能有人会问,那如果不存在这样的好前缀呢?如果不存在的话,就用 -1 充当好前缀的下标。

知道了移动位数之后,我们继续来匹配我们上面的例子

10、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

好后缀是 e, le, ple, mple,但是模式串中只有一个子串能够与好后缀 e 匹配,所以好前缀为 e。

显然,这个时候好前缀 e 的下标为 0,好后缀 e 的下标为 6,所以移动的位数为 6。如果按照我们最开始坏字符的移动规则的话,只能移动 3 位,而用好后缀可以移动 6 位。

选择坏字符的规则还是好后缀?

11、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

可能有人会问,两个规则我们应该要选择哪一个呢?

答案很简单,把两个规则的移动位数都算出来,选择移动位数多的就是了。

这里 p 是坏字符,并且不存在好后缀,所以采用坏字符的规则,移动 2 位。

12、

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

这个时候,我们可以发现,模式串的字符全部都匹配了,这也意味着匹配结束了。

总结

这篇文章我是采用直接举例子的方式来讲,我觉得这样反而容易懂,并且在讲的过程中,可能没有讲的那么全,这是因为我不想说的太全,因为把所有情况都罗列处理的话,相信你容易晕。所以我才用这种方式,让你先懂了这个 BM 的算法思想,之后的细节,你可以再去琢磨。

为了讲清楚这个算法,也算是绞尽脑汁,特别是为了能够以最简单的方式来讲解好后缀的规则,停笔思索了好久,最后也百度搜索了几篇文章,看看别人都怎么讲,还翻开了我之前购买的数据结构与算法的专栏,,,最后结合自己的想法写了出来。希望这篇文章,能够让你读懂给 BM 算法,这个算法的核心就是坏字符和好后缀了,相信你一定能够搞懂!后面会连续讲解几篇与有关的文章。

如果你觉得这篇内容对你挺有启发,为了让更多的人看到这篇文章:不妨

1、点赞,让更多的人也能看到这篇内容(收藏不点赞,都是耍流氓 -_-)

2、关注我和专栏,让我们成为长期关系

3、关注公众号「苦逼的码农」,主要写算法、计算机基础之类的文章,里面已有100多篇原创文章

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

大部分的数据结构与算法文章被各种公众号转载相信一定能让你有所收获

字符串匹配Boyer-Moore算法:文本编辑器中的查找功能是如何实现的?---这应该讲的最容易懂的文章了!

我也分享了很多视频、书籍的资源,以及开发工具,欢迎各位的关注我的公众号:苦逼的码农,第一时间阅读我的文章。