0x00 引言
文本处理作为计算机基本功能之一，在计算机中是和计算处于同样重要的地位。字符串匹配是文本处理中最基本的功能，也是大家最常使用的功能。关于字符串匹配输入部分只有两个基本成分：原字符串和模式，首次匹配成功的首字母次出现的位置就是输出。下面将介绍一些字符串匹配算法，并给出 Python 实现。简单的字符匹配为什么会存在不同的算法？其实这些算法的主要区别是在匹配过程中移位的策略不同。一花一世界。
0x01 问题描述
Input：原字符串，模式
Output：首次匹配成功的首字母的位置
0x02 Brute Force
该方法就是暴力破解，搞过安全的会遇到各种暴力破解。
class StringSinglePattern(object):
def __init__(self, base_str, p):
self.base_str = base_str # 原字符串
self.p = p # 模式（pattern）
self.p_len = len(p)
self.base_str_len = len(base_str)
self.pi = [0 for i in range(self.p_len)]
def set_pattern(self, p):
self.p = p
self.p_len = len(p)
def set_base_str(self, base_str):
self.base_str = base_str
self.base_str_len = len(base_str)
'''Brute Force'''
def brute_force(self):
p = 0
b = 0
if self.p_len > self.base_str_len:
return 0
while b <= self.base_str_len: # can't use for
if self.base_str[b] == self.p[p]:
b += 1
p += 1
else:
b = b - p + 1
p = 0
if p == self.p_len:
return b - p
return 0
0x03 KMP
该算法中的 K 是计算机中的一位大牛，感觉计算机界有“四大天王”你应该认识：Knuth，Dijkstra，Church，Turing。
KMP 算法相对与 Brute Force 来说不是移动一位。
前缀函数
class StringSinglePattern(object):
def __init__(self, base_str, p):
self.base_str = base_str # 原字符串
self.p = p # 模式（pattern）
self.p_len = len(p)
self.base_str_len = len(base_str)
self.pi = [0 for i in range(self.p_len)]
def set_pattern(self, p):
self.p = p
self.p_len = len(p)
def set_base_str(self, base_str):
self.base_str = base_str
self.base_str_len = len(base_str)
def __kmp_partial_match_table__(self):
k = 0
q = 1
while q < self.p_len:
while (k > 0) and (self.p[k] != self.p[q]):
k = self.pi[k - 1]
if self.p[k] == self.p[q]:
k = k + 1
self.pi[q] = k
q = q + 1
return 0
def kmp(self):
self.__kmp_partial_match_table__()
print(self.pi) # next table
pi_len = len(self.pi)
k = 0
for q in range(self.base_str_len):
while (k > 0) and (self.p[k] != self.base_str[q]):
k = self.pi[k - 1]
if self.p[k] == self.base_str[q]:
k = k + 1
if k == pi_len:
return q - pi_len + 1
return 0
0x04 Boyer Moore
BM 算法相对 KMP 来说移动了更多的位置。
坏字符移动规则：
好后缀移动规则：
坏字符，好后缀，两种移位中的最大值，从右到左，
class StringSinglePattern(object):
def __init__(self, base_str, p):
self.base_str = base_str # 原字符串
self.p = p # 模式（pattern）
self.p_len = len(p)
self.base_str_len = len(base_str)
self.pi = [0 for i in range(self.p_len)]
def set_pattern(self, p):
self.p = p
self.p_len = len(p)
def set_base_str(self, base_str):
self.base_str = base_str
self.base_str_len = len(base_str)
def __calc_match__(self, num):
k = num
j = 0
while k >= 0:
if self.p[-k] == self.p[j]:
k = k - 1
j = j + 1
if k <= 0:
self.pi[num - 1] = num
return 0
else:
if num == 1:
return 0
self.pi[num - 1] = self.pi[num - 2]
return 0
def __init_good_table__(self):
i = 1
while i <= self.p_len:
self.__calc_match__(i)
i = i + 1
print(self.pi)
return 0
def __check_bad_table__(self, tmp_base_str):
i = 1
while self.p_len - i >= 0:
if self.p[-i] == tmp_base_str:
return i
else:
i = i + 1
return self.p_len + 1
def __check_good_table__(self, num):
if not num:
return self.p_len
else:
return self.pi[num]
def bm(self):
self.__init_good_table__()
tmp_len = self.p_len
i = 1
while tmp_len <= len(self.base_str):
if self.p[-i] == self.base_str[tmp_len - i]:
i = i + 1
if i > self.p_len:
return tmp_len - self.p_len
else:
tmp_bad = self.__check_bad_table__(self.base_str[tmp_len - i]) - i
tmp_good = self.p_len - self.__check_good_table__(i - 1)
tmp_len = tmp_len + max(tmp_bad, tmp_good)
print(tmp_bad, tmp_good, tmp_len)
i = 1
return 0
0x05 Sunday
一次性能验证的串越长，算法的效率越高，Sunday 算法的跨度比BM算法更大，直接从模式串最后一位K开始验证。
class StringSinglePattern(object):
def __init__(self, base_str, p):
self.base_str = base_str # 原字符串
self.p = p # 模式（pattern）
self.p_len = len(p)
self.base_str_len = len(base_str)
self.pi = [0 for i in range(self.p_len)]
def set_pattern(self, p):
self.p = p
self.p_len = len(p)
def set_base_str(self, base_str):
self.base_str = base_str
self.base_str_len = len(base_str)
def __check_bad_shift__(self, p):
i = 0
while i < self.p_len:
if self.p[i] == p:
return i
else:
i = i + 1
return -1
def sunday(self):
tmp_len = 0
tmp_hop = self.p_len
i = 0
while tmp_hop <= len(self.base_str):
if self.p[i] == self.base_str[tmp_len + i]:
i = i + 1
if i == self.p_len:
return tmp_len
else:
tmp_len = tmp_len + self.p_len - self.__check_bad_shift__(self.base_str[tmp_hop])
tmp_hop = tmp_len + self.p_len
i = 0
return 0
0x06 Robin-Karp
Hash怎么可以在这种匹配场合不出现勒？
Waitting
0x07 Bitap
Waitting
0x08 图
stringsinglepattern.jpg
0x09 End
学过很多，却一直没有试着去记录那些轨迹，现在准备找工作了，花点时间记录一点点吧。
看到字符串匹配算法，我就想到很多字符串处理工具：grep，sed，awk，ag，pt，Search Everything。
学会这几个小程序有很大的作用，所谓一花一世界。
