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BM字符串匹配算法

2013年10月07日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4046字 ⁄ 字号 评论关闭

在用于查找子字符串的算法当中,BM(Boyer-Moore)算法是目前相当有效又容易理解的一种,一般情况下,比KMP算法快3-5倍。

BM算法在移动模式串的时候是从左到右,而进行比较的时候是从右到左的。

BM算法实际上包含两个并行的算法,坏字符算法和好后缀算法。这两种算法的目的就是让模式串每次向右移动尽可能大的距离(j+=x,x尽可能的大)。

几个定义:

例主串和模式串如下:

主串  :  mahtavaatalomaisema omalomailuun

模式串: maisemaomaloma

好后缀:模式串中的aloma为“好后缀”。

坏字符:主串中的“t”为坏字符。

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, 那

把下一个后缀移动到当前后缀位置。好后缀算法有两种情况:

Case1:模式串中有子串和好后缀安全匹配,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。

wps_clip_image-979

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]。说不清楚的看图。

wps_clip_image-1152

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。坏字符算法也有两种情况。

Case1:模式串中有对应的坏字符时,见图。
wps_clip_image-1349

Case2:模式串中不存在坏字符。见图。

wps_clip_image-1472

移动规则

BM算法的移动规则是:

将概述中的++j,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。好后缀算法的预处理数组是bmGs[],坏字符算法的预处理数组是BmBc[]。

BM算法子串比较失配时,按坏字符算法计算模式串需要向右移动的距离,要借助BmBc数组。

注意BmBc数组的下标是字符,而不是数字

BmBc数组的定义,分两种情况。

1、 字符在模式串中有出现。如下图,BmBc[‘k’]表示字符k在模式串中最后一次出现的位置,距离模式串串尾的长度。

2、 字符在模式串中没有出现:,如模式串中没有字符p,则BmBc[‘p’] = strlen(模式串)。

wps_clip_image-1885

BM算法子串比较失配时,按好后缀算法计算模式串需要向右移动的距离,要借助BmGs数组。

BmGs数组的下标是数字,表示字符在模式串中位置。

BmGs数组的定义,分三种情况。

1、 对应好后缀算法case1:如下图:i是好后缀之前的那个位置。

wps_clip_image-2036

2、 对应好后缀算法case2:如下图所示:

wps_clip_image-2086

3、 当都不匹配时,BmGs[i] = strlen(模式串)

wps_clip_image-2145

在计算BmGc数组时,为提高效率,先计算辅助数组Suff。

Suff数组的定义:suff[i] = 以i为边界, 与模式串后缀匹配的最大长度,即P[i-s...i]=P[m-s…m]如下图:

wps_clip_image-2272

举例如下:

wps_clip_image-2380

分析

用Suff[]计算BmGs的方法。

1) BmGs[0…m-1] = m;(第三种情况)

2) 计算第二种情况下的BmGs[]值:

for(i=0;i

if(-1==i || Suff[i] == i+1)

for(;j < m-1-i;++j)

if(suff[j] == m)

BmGs[j] = m-1-i;

3) 计算第三种情况下BmGs[]值,可以覆盖前两种情况下的BmGs[]值:

for(i=0;i

BmGs[m-1-suff[i]] = m-1-i;

如下图所示:

wps_clip_image-2697

Suff[]数组的计算方法。

常规的方法:如下,很裸很暴力。

Suff[m-1]=m;

for(i=m-2;i>=0;--i){

q=i;

while(q>=0&&P[q]==P[m-1-i+q])

--q;

Suff[i]=i-q;

}

有聪明人想出一种方法,对常规方法进行改进。基本的扫描都是从右向左。改进的地方就是利用了已经计算得到的suff[]值,计算现在正在计算的suff[]值。

如下图所示:

i是当前正准备计算的suff[]值得那个位置。

f是上一个成功进行匹配的起始位置(不是每个位置都能进行成功匹配的,  实际上能够进行成功匹配的位置并不多)。

q是上一次进行成功匹配的失配位置。

如果i在q和f之间,那么一定有P[i]=P[m-1-f+i];并且如果suff[m-1-f+i]=i-q, suff[i]和suff[m-1-f+i]就没有直接关系了。

wps_clip_image-3177

复制代码
 1 int BMMatch(byte* pSrc, int nSrcSize, byte* pSubSrc, int nSubSrcSize)
 2 {
 3 
 4     //1.坏字符数组
 5     int bcSkip[256];
 6     for( int i = 0; i < 256; i++)  
 7     {
 8         bcSkip[i] = nSubSrcSize;
 9     }
10     for (int i = 0; i < nSubSrcSize - 1; i++)
11     {
12         bcSkip[pSubSrc[i]] = nSubSrcSize - i - 1;
13     }
14 
15     //2.好后缀数组
16     int* suffix = new int [nSubSrcSize];
17     suffix[nSubSrcSize - 1] = nSubSrcSize;
18     for (int i = nSubSrcSize - 2; i >= 0; i--)
19     {
20         
21         int k = i;
22         while( k >= 0 && pSubSrc[k] == pSubSrc[nSubSrcSize-1-i+k] )
23         {
24             k--;
25         }
26         suffix[i] = i - k; 
27     }
28     
29     int* gsSkip = new int [nSubSrcSize];
30     for (int i = 0; i < nSubSrcSize; i++) 
31     {
32         gsSkip[i] = nSubSrcSize;
33     }  
34     for (int i = nSubSrcSize - 1; i >= 0; i--) 
35     {
36         if (suffix[i] == i + 1)          
37         {
38             for (int j = 0; j < nSubSrcSize - 1 - i; ++j)             
39             {
40                 if (gsSkip[j] == nSubSrcSize)                
41                     gsSkip[j] = nSubSrcSize - 1 - i;  
42             }
43         }
44     }
45     for (int i = 0; i <= nSubSrcSize - 2; ++i)       
46     {
47         gsSkip[nSubSrcSize - 1 - suffix[i]] = nSubSrcSize - 1 - i; 
48     }
49 
50     int nPos = 0;
51     while (nPos <= nSrcSize - nSubSrcSize) 
52     {    
53         int j = nSubSrcSize - 1;
54         while(j >= 0 && pSubSrc[j] == pSrc[j + nPos])
55         {
56             j--;
57         }
58         if (j < 0)       
59             break;  
60         else      
61         {
62             nPos += max(gsSkip[j], bcSkip[pSrc[j + nPos]]-(nSubSrcSize - 1 - j) );
63         }
64     }
65     delete[] gsSkip;
66     return (nPos > nSrcSize - nSubSrcSize)? -1 : nPos;        
67 }
复制代码
复制代码
 1 int BMMatchEx(byte* pSrc, int nSrcSize, byte* pSubSrc, int nSubSrcSize)
 2 {
 3 
 4     //1.坏字符数组
 5     int bcSkip[256];
 6     for( int i = 0; i < 256; i++)  
 7     {
 8         bcSkip[i] = nSubSrcSize;
 9     }
10     for (int i = 0; i < nSubSrcSize - 1; i++)
11     {
12         bcSkip[pSubSrc[i]] = nSubSrcSize - i - 1;
13     }
14 
15     //2.好后缀数组
16     int* suffix = new int [nSubSrcSize];
17     suffix[nSubSrcSize - 1] = nSubSrcSize;
18     int g = nSubSrcSize - 1;
19     int f = 0;
20     for (int i = nSubSrcSize - 2; i >= 0; i--)
21     {
22         if(i > g && suffix[i + nSubSrcSize - 1 - f] < i - g)
23         {
24             suffix[i] = suffix[i + nSubSrcSize - 1 - f];
25         }
26         else
27         {
28             if (i < g)
29             {
30                 g = i;
31             }
32             f = i; 
33             while( g >= 0 && pSubSrc[g] == pSubSrc[nSubSrcSize-1-f+g] )
34             {
35                 g--;
36             }
37             suffix[i] = f - g; 
38         }        
39     }
40 
41     int* gsSkip = new int [nSubSrcSize];
42     for (int i = 0; i < nSubSrcSize; i++) 
43     {
44         gsSkip[i] = nSubSrcSize;
45     }  
46     for (int i = nSubSrcSize - 1; i >= 0; i--) 
47     {
48         if (suffix[i] == i + 1)          
49         {
50             for (int j = 0; j < nSubSrcSize - 1 - i; ++j)             
51             {
52                 if (gsSkip[j] == nSubSrcSize)                
53                     gsSkip[j] = nSubSrcSize - 1 - i;  
54             }
55         }
56     }
57     for (int i = 0; i <= nSubSrcSize - 2; ++i)       
58     {
59         gsSkip[nSubSrcSize - 1 - suffix[i]] = nSubSrcSize - 1 - i; 
60     }
61 
62     int nPos = 0;
63     while (nPos <= nSrcSize - nSubSrcSize) 
64     {    
65         int j = nSubSrcSize - 1;
66         while(j >= 0 && pSubSrc[j] == pSrc[j + nPos])
67         {
68             j--;
69         }
70         if (j < 0)       
71             break;  
72         else      
73         {
74             nPos += max(gsSkip[j], bcSkip[pSrc[j + nPos]]-(nSubSrcSize - 1 - j) );
75         }
76     }
77     delete[] gsSkip;
78     return (nPos > nSrcSize - nSubSrcSize)? -1 : nPos;        
79 }

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