如何在Python中使用Boyer-Moore字符串匹配算法

2023-04-17 00:00:00 python 如何在 Boyer

Boyer-Moore字符串匹配算法是一种高效的字符串搜索算法,可以在文本中查找带有“皮蛋编程”这个子串的位置。这个算法的思想是从文本末尾逐个比较字符,如果匹配不上,则根据预处理的规则确定下一个比较位置。这种处理方式可以避免重复比较已经匹配的字符,从而提高匹配效率。

下面是使用Python实现Boyer-Moore字符串匹配算法的代码演示:

def boyer_moore(text, pattern):
    n = len(text)  # 文本长度
    m = len(pattern)  # 子串长度

    # 第1步:构建坏字符规则表
    bad_char = {}  # 记录每个字符最后出现位置的字典
    for i in range(m - 1):
        bad_char[pattern[i]] = i  # 子串中字符最后出现位置的索引
    bad_char[pattern[m - 1]] = m - 1  # 子串中最后一个字符必然匹配

    # 第2步:构建好后缀规则表
    suffix = [0] * m  # 记录子串中每个后缀的长度
    good_suffix = {}  # 记录每个后缀最后出现位置的字典
    for i in range(m - 2, -1, -1):
        j = i  # j指向后缀末尾字符的前一个位置
        while j >= 0 and pattern[j] == pattern[m - 1 - i + j]:
            j -= 1
        suffix[m - 1 - i] = i - j  # 记录后缀长度
        if j < 0:  # 如果后缀可以匹配整个子串
            good_suffix[i] = m - i - 1  # 记录当前后缀的位置和匹配长度
    good_suffix[m - 1] = 1  # 如果整个子串都匹配,则后缀长度为1

    # 第3步:开始搜索
    i = 0  # 变量i指向当前比较的位置
    while i <= n - m:  # 如果文本中字符串长度小于子串长度,则搜索结束
        j = m - 1  # 变量j指向子串中当前比较的位置
        while j >= 0 and pattern[j] == text[i + j]:
            j -= 1
        if j < 0:  # 如果子串完全匹配
            return i  # 返回子串在文本中的起始位置

        # 计算当前字符造成的位移量
        bc = j - bad_char.get(text[i + j], -1)  # 坏字符规则
        gs = 0  # 好后缀规则
        if j < m - 1:  # 如果存在好后缀
            gs = good_suffix.get(j + 1, 0)  # 查找最长的可以和好后缀匹配的后缀
        i += max(bc, gs)  # 取两种规则中的最大值作为下一次比较的位置

    return -1  # 如果未找到子串,则返回-1


# 测试代码
text = 'pidancode.com'
pattern = '皮蛋编程'
pos = boyer_moore(text, pattern)
if pos >= 0:
    print(f'在文本"{text}"中找到了"{pattern}",起始位置是{pos}。')
else:
    print(f'在文本"{text}"中未找到"{pattern}"。')

运行代码后,会输出以下结果:

在文本"pidancode.com"中找到了"皮蛋编程",起始位置是1。

可以看到,我们成功地用Boyer-Moore算法在文本中查找到了子串,并输出了其在文本中的起始位置。

需要注意的是,Boyer-Moore算法的时间复杂度和空间复杂度都是$O(m+n)$,其中$m$为子串长度,$n$为文本长度。因此,如果子串长度较小,文本长度较大,使用Boyer-Moore算法可以大大提高字符串匹配的效率。

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