1632
правки
Изменения
м
Обозначим за <tex>Kmp</tex> {{---}} [[Префикс-функция|префикс-функцию]], но при этом она определена для <tex>x[0] \dots x[m-1]</tex> и имеет значение <tex>-1</tex> по умолчанию. Множество всех позиций шаблона разделим на два непересекающихся дизъюнктных множества. Тогда каждая попытка сравнения шаблона с исходной строкой после очередного сдвига состоит из двух фазслучаев.
Вторая фаза состоит в сравнении Во втором случае будут производиться сравнения в оставшихся позициях справа налево. Такие позиции будем называть '''ненасыщенными''' (англ. ''holes'').
Тогда нет вхождений шаблона Кроме того равенство <tex>x</tex>, начиная с <tex>[0 \dots m-1-\mathrm{R_{min}}(h[r])]=y[j ' \dots j'+m-1]</tex> и означает, что сравнения могут продолжены с символов <tex>x[h[\mathrm{first}(m-1-\mathrm{R_{min}}(h[r]))]]</tex> может быть сдвинут на и <tex>y[j'+h[\mathrm{first}(m-1-\mathrm{R_{min}}(h[r]))]]</tex>.
Кроме того <tex>x[0 \dots m-1-\mathrm{R_{min}}(h[r])]=y[j' \dots j+m-1]</tex> означает, что сравнения могут продолжены с <tex>x[h[\mathrm{first}(mФайл:colussi-1algorithm-\mathrm{R_{min}}(h[r]))]]</tex> 2.png|450px|thumb|center|Несовпадение в ненасыщенной позиции. Ненасыщенные позиции обозначены белыми кругами и <tex>y[j'+h[\mathrm{first}(m-1-\mathrm{R_{min}}(h[rсравниваются справа налево.]))]]</tex>.
rollbackEdits.php mass rollback
Алгоритм, разработанный Ливио Колусси, профессором итальянского университета Padova, и опубликованный им в 1991 году, является продолжением работы над оптимизацией [[Алгоритм Кнута-Морриса-Пратта|алгоритма Кнута-Морриса-Пратта]]. Предназначен для поиска одной подстроки в одном тексте.
==Алгоритм==
Алгоритм сравнивает символы шаблона <tex>x</tex> один за другим с символами исходной строки <tex>y</tex>. Для сдвигов шаблона относительно исходной строки применяются вспомогательные функции, описанные ниже.
Пусть <tex>|y|=n</tex> и <tex>|x|=m</tex>.
Обозначим за <tex>\mathrm{Kmp}</tex> {{---}} [[Префикс-функция|префикс-функцию]], но при этом она определена для <tex>x[0] \dots x[m-1]</tex> и имеет значение <tex>-1</tex> по умолчанию.
Отметим, что нумерация символов строк и элементов массива у нас начинается с <tex>0</tex>.
{{Определение
|definition=
В первой фазе первом случае сравнения выполняются слева направо с символами текста, выровненными с шаблоном в позиции, для которой значение функции <tex>\mathrm{Kmp}(i)</tex> строго больше <tex>-1</tex>. Такие позиции будем называть '''насыщенными''' (англ. ''noholes'').
}}
{{Определение
|definition=
}}
Такая стратегия предоставляет, как минимум, 2 преимущества:
* когда несовпадение появляется во время первой фазыпервого случая, после соответствующего сдвига уже нет необходимости делать проверки в насыщенных позициях, которые были проверены на предыдущем шаге.* когда несовпадение появляется во время второй фазывторого случая, это означает, что суффикс шаблона совпал с периодом (''factor'') подстрокой исходной строки, <tex>y</tex> и после соответствующего сдвига префикс шаблона будет все ещё совпадать с периодом текстаэтой подстрокой, поэтому нет необходимости в повторной проверке.
{{Определение
|definition=
Обозначим за <tex>\mathrm{K_{min}}(i) = \min\{k : \ x[0 \dots i-1-k]=x[d \dots i-1]\ and\ x[i-k] \neq x[i]\}</tex>. Функция <tex>\mathrm{K_{min}}</tex> определена для всех позиций <tex>i</tex>, у которых <tex>\mathrm{Kmp}(i) \neq -1</tex>.
}}
Очевидно, что для <tex>0 < i < m</tex> позиция <tex>i</tex>:
* насыщенная, если <tex>\mathrm{K_{min}}(i-1) \neq 0</tex>,* ненасыщенная, иначев остальных случаях.
Обозначим за <tex>nd+1</tex> количество насыщенных позиций в шаблоне <tex>x</tex>.
{{Определение
|definition=
Обозначим за <tex>\mathrm{R_{min}}(i)</tex> наименьший период <tex>r</tex> шаблона <tex>x</tex> большего, чем <tex>i</tex>. Функция <tex>\mathrm{R_{min}}</tex> определена для всех позиций <tex>i</tex>, у которых <tex>\mathrm{Kmp}(i) = -1</tex>.
}}
{{Определение
|definition=
Обозначим за <tex>\mathrm{first}(u)</tex> наименьший наименьшее число <tex>v</tex> такое, что <tex>u \leqslant h[v]</tex>.
}}
Теперь рассмотрим 2 случая, возможных при очередной попытке сравнения шаблона с подстрокой из текста. Допустим, что шаблон <tex>x</tex> выровнен с подстрокой <tex>y[j \dots j+m-1]</tex>.
== Первая фаза = Первый случай ===
Рассмотрим случай, когда <tex>x[h[k]]=y[j+h[k]]</tex> для <tex>0 \leqslant k < r < nd</tex> и <tex>x[h[r]] \neq y[j+h[r]]</tex>.
Тогда нет вхождений шаблона <tex>x</tex>, начиная с <tex>y[j \dots j']</tex> и <tex>x</tex> может быть сдвинут на <tex>\mathrm{K_{min}}(h[r])</tex> позиций вправо.
Кроме того равенство <tex>x[h[k]]=y[j’+h[k]]</tex> для всех <tex>k : 0 \leqslant k < \mathrm{first}(h[r]-\mathrm{K_{min}}(h[r]))</tex> означает, что сравнения могут продолжены с символов <tex>x[h[\mathrm{first}(h[r] - \mathrm{K_{min}}(h[r]))]]</tex> и <tex>y[j'+h[\mathrm{first}(h[r]-\mathrm{K_{min}}(h[r]))]]</tex>. [[Файл:colussi-algorithm-1.png|450px|thumb|center|Несовпадение в насыщенной позиции. Насыщенные позиции обозначены черными кругами и сравниваются слева направо.]]
== Вторая фаза = Второй случай ===
Теперь рассмотрим ситуацию, когда <tex>x[h[k]]=y[j+h[k]]</tex> для <tex>0 \leqslant k < r</tex> и <tex>x[h[r]] \neq y[j+h[r]]</tex> для <tex>nd \leqslant r < m</tex>.
Пусть <tex>j' = j + \mathrm{R_{min}}(h[r])</tex>. Тогда нет вхождений шаблона <tex>x</tex>, начиная с <tex>y[j \dots j']</tex> и <tex>x</tex> может быть сдвинут на <tex>\mathrm{R_{min}}(h[r])</tex> позиций вправо.
=== Предварительные вычисления ===
Для вычисления значений <tex>\mathrm{K_{min}}</tex> будем использовать вспомогательную функцию <tex>\mathrm{H_{max}}</tex>.
{{Определение
* <tex>\mathrm{shift}(m)=\mathrm{R_{min}}(0)</tex> и <tex>\mathrm{next}(m)=\mathrm{nhd0}(m-\mathrm{R_{min}}(h[m-1]))</tex>.
Таким образом, при возникновении несовпадения между <tex>x[h[r]]</tex> и <tex>y[j+h[r]]</tex> окно сравнения должно быть сдвинуто на <tex>\mathrm{shift}(r)</tex> и сравнения могут быть продолжены с позиции <tex>h[\mathrm{next[}(r)]] </tex> шаблона <tex>x</tex>.
==Псевдокод==
Функция для построения массива <tex>\mathrm{H_{max}}</tex>.
'''Наивный вариант'''
'''int'''[] buildHmax('''char'''[] x, '''int''' m):
'''for''' k = 1 .. m
'''int''' i = k
'''while''' i < m and x[i] == x[i - k]
i++
hmax[k] = i
'''return ''' hmax
Явная реализация по определению, очевидно, работает за <tex>O(m^2)</tex> и требует <tex>O(m)</tex> памяти.
'''int''' k = 1
'''while''' k <= m
'''while''' i < m and x[i] == x[i - k] i++;
hmax[k] = i
'''int''' q = k + 1
q++
k = q
'''if ''' k == i + 1
i = k
'''return''' hmax
Функция для построения массива <tex>\mathrm{K_{min}}</tex>.
'''int'''[] buildKmin('''int'''[] hmax, '''int''' m):
'''int''' kmin[m]
'''for''' i = m .. 1
Функция для построения массива <tex>\mathrm{R_{min}}</tex>.
'''int'''[] buildRmin('''int'''[] hmax, '''int'''[] kmin, '''int''' m):
'''int''' rmin[m]
'''int''' r = 0
'''else'''
rmin[i] = 0
'''return ''' rmin
Функция для построение массива <tex>\mathrm{Shiftshift}</tex>. '''int'''[] buildShift('''int'''[] kmin, '''int'''[] rmin, '''int'''[] h, '''int''' nd, '''int''' m):
'''int''' shift[m + 1]
'''for''' i = 0 .. nd
'''return''' shift
Функция для построения массива <tex>\mathrm{Nextnext}</tex>. '''int'''[] buildNext('''int'''[] kmin, '''int'''[] rmin, '''int'''[] h, '''int''' nd, '''int''' m): <font color="green">// Вычисление массива <tex>\mathrm{nhd0}</tex></font> '''int''' nhd0[m] '''int''' s = 0 '''for''' i = 0 .. m - 1 nhd0[i] = s if kmin[i] > 0 ++s <font color="green">// Вычисление массива <tex>\mathrm{next}</tex></font> '''int''' next[m + 1] '''for''' i = 0 .. nd next[i] = nhd0[h[i] - kmin[h[i]]] '''for''' i = nd + 1 .. m - 1 next[i] = nhd0[m - rmin[h[i]]] next[m] = nhd0[m - rmin[h[m - 1]]] '''return''' next
Основная функция алгоритма Колусси.
'''function''' colussi('''char'''[] x, '''char'''[] y):
'''int''' n = length(y)
'''int''' m = length(x)
<font color="green">// Предварительные вычисления</font>
'''int'''[] hmax = buildHmax(x, m)
'''int'''[] kmin = buildKmin(hmax, m)
'''int'''[] rmin = buildRmin(hmax, kmin, m)
<font color="green">// Построение массива <tex>h</tex></font>
'''int''' h[m]
'''int''' s = -1
'''int''' r = m
'''for''' i = 0 .. m - 1
'''if''' kmin[i] == 0
h[--r] = i
'''else'''
h[++s] = i
'''int''' nd = s
'''int'''[] shift = buildShift(kmin, rmin, h, nd, m)
'''int'''[] next = buildNext(kmin, rmin, h, nd, m)
<font color="green">// Поиск подстроки</font>
'''int''' i = 0
'''int''' j = 0
'''int''' last = -1
'''while''' j <= n - m
'''while''' i < m '''and''' last < j + h[i] '''and''' x[h[i]] == y[j + h[i]]
++i
'''if''' i >= m '''or''' last >= j + h[i]
OUTPUT(j)
i = m
'''if''' i > nd
last = j + m - 1
j += shift[i]
i = next[i]
==Асимптотики==
* partitions the set of pattern positions into two disjoint subsets; the positions in the first set are scanned from left to right and when no mismatch occurs the positions of the second subset are scanned from right to left;* preprocessing phase in Фаза предварительных вычислений занимает <tex>O(m)</tex> time and space complexityвремени и памяти;* searching phase in В худшем случае поиск требует <tex>O(n)</tex> time complexity;сравнений. * performs где <tex>3n</2ntex> {{---}} длина исходного текста, <tex>m</tex> text character comparisons in the worst case.{{---}} длина шаблона
==Сравнение с другими алгоритмами==
===Недостатки===
* Сложность реализации.
==Источникиинформации==
* COLUSSI L., 1991, Correctness and efficiency of the pattern matching algorithms, Information and Computation 95(2):225-251.
* [http://www-igm.univ-mlv.fr/~lecroq/string/node10.html Colussi algorithm]
[[Категория: Дискретная математика и алгоритмы]]
[[Категория: Поиск подстроки в строке]]
[[Категория: Точный поиск]]
