深入理解Boyer-Moore算法：Java实现与示例

深入理解Boyer-Moore算法：Java实现与示例

Boyer-Moore算法是一种高效的字符串搜索算法，用于在文本中查找指定的模式字符串。相比于传统的搜索方法，Boyer-Moore算法在一些情况下能够显著提高搜索效率。本文将深入介绍Boyer-Moore算法的原理，并提供完整的Java代码示例，以帮助您更好地理解和应用这一算法。

1. Boyer-Moore算法原理

Boyer-Moore算法通过预处理模式字符串和文本，以及利用不匹配时的信息来跳过一些字符的比较，从而加速搜索过程。该算法分为两个主要步骤：预处理和搜索。

• 预处理：在预处理步骤中，我们构建两个关键表格：坏字符表（Bad Character Table）和好后缀表（Good Suffix Table）。这些表格帮助我们在搜索过程中确定需要跳过的字符数。

• 搜索：在搜索过程中，我们从模式字符串的末尾开始与文本进行比较，逐步向前滑动。当发现不匹配字符时，根据坏字符表和好后缀表来决定滑动的距离，从而跳过一些比较。

2. Boyer-Moore算法Java代码示例

以下是Boyer-Moore算法的完整Java实现，包含了详细的注释，以便您理解每一步的操作。

public class BoyerMooreAlgorithm {

    // 构建坏字符表
    private static int[] buildBadCharTable(String pattern) {
        int patternLength = pattern.length();
        int[] badCharTable = new int[256]; // ASCII字符数
        for (int i = 0; i < 256; i++) {
            badCharTable[i] = patternLength;
        }
        for (int i = 0; i < patternLength - 1; i++) {
            badCharTable[pattern.charAt(i)] = patternLength - 1 - i;
        }
        return badCharTable;
    }

    // 构建好后缀表
    private static int[] buildGoodSuffixTable(String pattern) {
        int patternLength = pattern.length();
        int[] goodSuffixTable = new int[patternLength];
        int lastPrefixPosition = patternLength;

        for (int i = patternLength - 1; i >= 0; i--) {
            if (isPrefix(pattern, i + 1)) {
                lastPrefixPosition = i + 1;
            }
            goodSuffixTable[patternLength - 1 - i] = lastPrefixPosition - i + patternLength - 1;
        }

        for (int i = 0; i < patternLength - 1; i++) {
            int suffixLength = suffixLength(pattern, i);
            goodSuffixTable[suffixLength] = patternLength - 1 - i + suffixLength;
        }

        return goodSuffixTable;
    }

    private static boolean isPrefix(String pattern, int p) {
        int patternLength = pattern.length();
        for (int i = p, j = 0; i < patternLength; i++, j++) {
            if (pattern.charAt(i) != pattern.charAt(j)) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    private static int suffixLength(String pattern, int p) {
        int patternLength = pattern.length();
        int len = 0;
        for (int i = p, j = patternLength - 1;
             i >= 0 && pattern.charAt(i) == pattern.charAt(j);
             i--, j--) {
            len += 1;
        }
        return len;
    }

    // 主搜索函数
    public static void search(String text, String pattern) {
        int textLength = text.length();
        int patternLength = pattern.length();
        int[] badCharTable = buildBadCharTable(pattern);
        int[] goodSuffixTable = buildGoodSuffixTable(pattern);
        int s = 0; // 文本中当前比较的位置

        while (s <= textLength - patternLength) {
            int j = patternLength - 1;
            while (j >= 0 && pattern.charAt(j) == text.charAt(s + j)) {
                j--;
            }
            if (j < 0) {
                System.out.println("模式字符串出现在位置 " + s);
                s += goodSuffixTable[0];
            } else {
                s += Math.max(goodSuffixTable[j + 1], j - badCharTable[text.charAt(s + j)]);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String text = "ABAAABCDABC";
        String pattern = "ABC";
        search(text, pattern);
    }
}

3. 总结

Boyer-Moore算法是一种高效的字符串搜索算法，通过预处理和利用不匹配时的信息，能够加速搜索过程。通过本文的详细解释和完整Java代码示例，希望您能更好地理解和应用这一算法。

如果您在实际应用中需要搜索大量文本中的模式字符串，Boyer-Moore算法将是一个强大的工具，为您节省时间和资源。