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数据结构与算法JavaScript (四) 串(BF)
串是由零个或多个字符组成的有限序列,又叫做字符串
串的逻辑结构和线性表很相似的,不同的是串针对是是字符集,所以在操作上与线性表还是有很大区别的。线性表更关注的是单个元素的操作CURD,串则是关注查找子串的位置,替换等操作。
当然不同的高级语言对串的基本操作都有不同的定义方法,但是总的来说操作的本质都是相似的。比如javascrript查找就是indexOf, 去空白就是trim,转化大小写toLowerCase/toUpperCase等等
这里主要讨论下字符串模式匹配的几种经典的算法:BF、BM、KMP
BF(Brute Force)算法
Brute-Force算法的基本思想:
从目标串s 的第一个字符起和模式串t的第一个字符进行比较,若相等,则继续逐个比较后续字符,否则从串s 的第二个字符起再重新和串t进行比较。
依此类推,直至串t 中的每个字符依次和串s的一个连续的字符序列相等,则称模式匹配成功,此时串t的第一个字符在串s 中的位置就是t 在s中的位置,否则模式匹配不成功
可见BF算法是一种暴力算法,又称为朴素匹配算法或蛮力算法。
主串 BBC ABB ABCF
子串 ABC
在主串中找出子串的位置,对应了其实就是javascript的indexOf查找方法的实现了
var sourceStr = "BBC ABB ABCF";var searchStr = "ABC";
function BF_Ordinary(sourceStr, searchStr) { var sourceLength = sourceStr.length; var searchLength = searchStr.length; var padding = sourceLength - searchLength; //循环的次数 //BBC ABB ABCF =>ABC => 搜索9次 for (var i = 0; i <= padding; i++) { //如果满足了第一个charAt是相等的 //开始子循环检测 //其中sourceStr的取值是需要叠加i的值 if (sourceStr.charAt(i) == searchStr.charAt(0)) { //匹配成功的数据 var complete = searchLength; for (var j = 0; j < searchLength; j++) { if (sourceStr.charAt(i + j) == searchStr.charAt(j)) { --complete if (!complete) { return i; } } } } } return -1;}
BF算法就是简单粗暴,直接把BBC ABB ABCF母串的每一个字符的下表取出来与模式串的第一个字符匹配,如果相等就进去字串的再次匹配
这里值得注意:
1:最外围循环的次数sourceLength - searchLength,因为我们匹配的母串至少要大于等于子串
2:在子串的继续匹配中,母串的起点是需要叠加的(i+j)
3:通过一个条件判断是否完全匹配complete,BBC ABB ABCF中,我们在ABB的时候就需要跳过去
上面是最简单的一个算法了,代码上还有更优的处理,比如在自串的匹配上可以采取取反的算法
优化算法(一)
function BF_Optimize(sourceStr, searchStr) { var mainLength = sourceStr.length; var searchLength = searchStr.length; var padding = mainLength - searchLength; for (var offset = 0; offset <= padding; offset++) { var match = true; for (var i = 0; i < searchLength; i++) { //取反,如果只要不相等 if (searchStr.charAt(i) !== sourceStr.charAt(offset + i)) { match = false; break; } } if (match) return offset; } return -1;}
我们不需要判断为真的情况,我们只要判断为假的情况就可以了,当子匹配结束后match没有被修改过的话,则说明此匹配是完全匹配
以上2种方法我们都用到了子循环,我们能否改成一个循环体呢?
其实我们可以看到规律,主串每次都只会递增+1,子串每次匹配也是从头开始匹配,所以我们可以改成一个while,控制下标指针就可以了
优化算法(二)
function BF_Optimize_2(sourceStr, searchStr) { var i = 0, j = 0; while (i < sourceStr.length) { // 两字母相等则继续 if (sourceStr.charAt(i) == searchStr.charAt(j)) { i++; j++; } else { // 两字母不等则角标后退重新开始匹配 i = i - j + 1; // i 回退到上次匹配首位的下一位 j = 0; // j 回退到子串的首位 } if (j == searchStr.length) { return i - j; } }}
i就是主串的下标定位,j就是子串的下标定位
当主串子串相等的时候,就进入了子串的循环模式,当子循环的次数j满足子串长度时,就验证是完全匹配
当主串子串不相等的时候,就需要把主串的下标往后移一位,当然i的时候,因为可能经过子串的处理,所以需要i-j+1, 然后复位子串
具体我们可以看看代码比较
BF也是经典的前缀匹配算法,前缀还包括KMP,我们可见这种算法最大缺点就是字符匹配失败指针就要回溯,所以性能很低,之后会写一下KMP与BM算法针对BF的的升级
git代码下载: https://github.com/JsAaron/data_structure
数据结构与算法JavaScript (四) 串(BF)