C 语言模式匹配算法

模式匹配在计算机科学和许多其他领域被广泛使用。模式匹配算法用于在更大的文本或数据集搜索模式。最流行的模式匹配算法之一是 Boyer-Moore 算法，该算法于 1977 年首次发布。在本文中，我们将讨论 C 中的模式匹配算法及其工作原理。

什么是模式匹配算法？

模式匹配算法用于在更大的数据集或文本中查找模式。这些算法通过将模式与更大的数据集或文本进行比较来确定模式是否存在。模式匹配算法很重要，因为它们使我们能够快速搜索大型数据集中的模式。

暴力模式匹配算法

暴力模式匹配是最简单的模式匹配算法。它涉及逐个比较模式的字符和文本的字符。如果所有字符都匹配，则算法返回模式在文本中的起始位置。如果不匹配，算法会移动到文本中的下一个位置并重复比较，直到找到匹配项或到达文本末尾。暴力算法的时间复杂度为 O(MXN)，其中 M 表示文本的长度，N 表示模式的长度。

朴素模式匹配算法

朴素模式匹配算法是暴力算法的改进。它通过跳过文本中的某些位置来避免不必要的比较。算法从第一个位置开始将模式与文本进行比较。如果字符匹配，它会移动到下一个位置并重复比较。如果字符不匹配，算法会移动到文本中的下一个位置并再次将模式与文本进行比较。朴素算法的时间复杂度也为 O(MXN)，但在大多数情况下它比暴力算法更快。

Knuth-Morris-Pratt 算法

Knuth-Morris-Pratt (KMP) 算法是一种更高级的模式匹配算法。它基于这样的观察：当发生不匹配时，可以使用文本和模式的一些信息来避免不必要的比较。该算法预先计算一个包含模式信息的表。当发生不匹配时，该表确定模式可以跳过多少个字符。KMP 算法的时间复杂度为 O(M+N)。

Boyer-Moore 算法

最流行的模式匹配算法之一是 Boyer-Moore 算法。该算法于 1977 年由 Robert S. Boyer 和 J Strother Moore 首次发布。Boyer-Moore 算法与大多数其他模式匹配算法从左到右比较不同，而是从右到左将模式与更大的数据集或文本进行比较。

Boyer-Moore 算法有两个主要组成部分：坏字符规则和好后缀规则。坏字符规则通过将模式中的字符与数据或文本中的相应字符进行比较来工作。如果字符不匹配，算法会将模式向右移动，直到找到匹配的字符。好后缀规则将模式的后缀与数据或文本的相应后缀进行比较。如果后缀不匹配，算法会将模式向右移动，直到找到匹配的后缀。

Boyer-Moore 算法以其效率而闻名，并被广泛应用于许多应用程序中。它被认为是目前最快的模式匹配算法之一。

在 C 中实现 Boyer-Moore 算法

要在 C 中实现 Boyer-Moore 算法，我们可以从定义坏字符规则开始。我们可以使用一个数组来存储模式中每个字符的最后出现位置。当发生不匹配时，此数组可以确定我们将模式向右移动的距离。

以下是如何在 C 中实现坏字符规则的示例

C 代码

在此示例中，我们首先将所有字符的数组初始化为 -1。然后我们遍历模式并使用模式中每个字符的最后出现位置更新数组。

接下来，我们可以实现好后缀规则。我们可以使用一个数组来存储模式的后缀与数据或文本的后缀匹配的最长长度。此数组可用于确定我们需要将模式向右移动多远。