BM算法

    技术2022-05-20  53

    1、概述

    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。

    常规的匹配算法移动模式串的时候是从左到右,而进行比较的时候也是是从左到右的,基本框架是:

     

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    而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,基本框架是:

     

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    显然BM算法并不是上面那个样子,BM算法的精华就在于++j

    2、BM算法思想

    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。

    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。

    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。 

    Case2:模式串中不存在坏字符。见图。

    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[]。

    3、代码分析
    定义

    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)。

    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。

    2、 对应好后缀算法case2:如下图所示:

    3、 当都不匹配时,BmGs[i] = strlen(模式串)

    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:

    举例如下:

    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:

    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。

    代码

    view plain copy to clipboard print ? void preBmBc(char *x, int m, int bmBc[]) {       int i;       for (i = 0; i < ASIZE; ++i)          bmBc[i] = m;       for (i = 0; i < m - 1; ++i)          bmBc[x[i]] = m - i - 1;    }    void suffixes(char *x, int m, int *suff) {       int f, g, i;      f = 0;       suff[m - 1] = m;       g = m - 1;       for (i = m - 2; i >= 0; --i) {          if (i > g && suff[i + m - 1 - f] < i - g)             suff[i] = suff[i + m - 1 - f];          else {             if (i < g)                g = i;             f = i;             while (g >= 0 && x[g] == x[g + m - 1 - f])                --g;             suff[i] = f - g;          }       }    }    void preBmGs(char *x, int m, int bmGs[]) {       int i, j, suff[XSIZE];       suffixes(x, m, suff);       for (i = 0; i < m; ++i)          bmGs[i] = m;       j = 0;       for (i = m - 1; i >= 0; --i)          if (suff[i] == i + 1)             for (; j < m - 1 - i; ++j)                if (bmGs[j] == m)                   bmGs[j] = m - 1 - i;       for (i = 0; i <= m - 2; ++i)          bmGs[m - 1 - suff[i]] = m - 1 - i;    }    void BM(char *x, int m, char *y, int n) {       int i, j, bmGs[XSIZE], bmBc[ASIZE];       /* Preprocessing */       preBmGs(x, m, bmGs);       preBmBc(x, m, bmBc);       /* Searching */       j = 0;       while (j <= n - m) {          for (i = m - 1; i >= 0 && x[i] == y[i + j]; --i);          if (i < 0) {             OUTPUT(j);             j += bmGs[0];          }          else             j += MAX(bmGs[i], bmBc[y[i + j]] - m + 1 + i);       }    }  


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