目前最快的字符串匹配算法-Boyer-Moore算法思想原理及C代码实现

喜欢站在山上 2023-08-27 发布于吉林

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1. Boyer-Moore 算法核心思想

Boyer-Moore 算法的核心思想在于尽可能多地跳过主串中的字符比较，从而减少比较的次数，提高匹配效率。它通过两个规则来实现这一目标：坏字符规则（Bad Character Rule）和好后缀规则（Good Suffix Rule）。

坏字符规则：在预处理模式串时，创建一个字符表，记录模式串中每个字符最后一次出现的位置。当发现不匹配字符时，根据坏字符表中的信息，将模式串向右滑动合适的位移，以尽可能跳过已匹配的字符。
好后缀规则：当发生不匹配时，根据模式串的后缀子串信息，选择合适的滑动位移。如果好后缀在模式串中有出现，可以直接将模式串滑动到好后缀的位置，从而跳过已匹配的部分。

2. 时间复杂度和空间复杂度

Boyer-Moore 算法的时间复杂度主要取决于坏字符表和好后缀规则的应用。在最坏情况下，算法的时间复杂度为 O(n * m)，其中 n 是主串长度，m 是模式串长度。然而，在实际应用中，Boyer-Moore 算法通常表现出色，因为它可以在平均情况下达到线性时间复杂度，即 O(n + m)。

Boyer-Moore 算法的空间复杂度主要由坏字符表和好后缀规则的存储消耗决定。坏字符表需要存储每个字符的最后出现位置，因此需要 O(字符集大小) 的空间。好后缀规则需要维护后缀子串的信息，通常需要 O(m) 的空间。

3. Boyer-Moore 算法与其他算法比较

与暴力匹配算法和 KMP 算法相比，Boyer-Moore 算法在大多数情况下表现更优。暴力匹配算法的时间复杂度为 O(n * m)，KMP 算法的时间复杂度为 O(n + m)。相比之下，Boyer-Moore 算法在实际应用中可以通过坏字符表和好后缀规则的应用，以及跳过多个字符的滑动操作，实现更快的匹配速度。

4. C 语言实现示例

下面是 Boyer-Moore 算法的 C 语言实现示例，通过一个简单的例子来说明其工作原理。

#include <stdio.h>#include <string.h>#define CHARSET_SIZE 256void badCharTable(char *pattern, int *table) {    int len = strlen(pattern);    for (int i = 0; i < CHARSET_SIZE; i++) {        table[i] = len;    }    for (int i = 0; i < len - 1; i++) {        table[(int)pattern[i]] = len - 1 - i;    }}int boyerMoore(char *text, char *pattern) {    int n = strlen(text);    int m = strlen(pattern);    int badChar[CHARSET_SIZE];    badCharTable(pattern, badChar);    int s = 0;    while (s <= n - m) {        int j = m - 1;        while (j >= 0 && pattern[j] == text[s + j]) {            j--;        }        if (j < 0) {            return s; // 匹配成功，返回位置        } else {            s += max(1, j - badChar[(int)text[s + j]]);        }    }    return -1; // 未匹配}int main() {    char text[] = 'This is a sample text for Boyer-Moore algorithm.';    char pattern[] = 'Boyer-Moore';    int result = boyerMoore(text, pattern);    if (result != -1) {        printf('Pattern found at position %d\n', result);    } else {        printf('Pattern not found\n');    }    return 0;}