多模式匹配算法的性能分析
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几种模式匹配算法的效率分析
０引 言
模 式 匹配算 法一 直是 研究 焦点 之 一 ， 应用 非 常广 泛 ， 拼写 检查 、 言翻译 、 据压 缩 、 索 引擎 、 它 如 语 数 搜 网 络 入侵 检测 、 算机 病毒 特征 码 匹配 等 。 计
ｌ 式 匹配 算法 模
字 符 串 的 的 定 位 操 作 通 常 称 作 串 的 模 式 匹 配 ， 一 种 重 要 的 串 运 算 。模 式 匹 配 的 定 义 为 ： 于 给 定 是 对
间 复 杂 度 为 Ｏ（ ） ｓ。
１ ２ Ｂ 算 法 Ｊ ． Ｍ
受 ＫＭＰ算 法 的 启 发 ， ｙ ｒ和 Ｍｏ ｒ Ｂｏ ｅ ｏｅ提 出 了一 种 新 的字 符 串 快 速 匹 配 算 法 — — Ｂ 算 法 。 它 是 从 另 外 Ｍ
一
个 角 度 出 发 ， 出 一 种 比较 新 颖 的方 法 来 求 解 模 式 匹 配 问 题 。其 基 本 思 想 是 从 右 向左 的 把 模 式 同 文 本 提
立 即执 行 由 Ｐ 与 Ｔ ［ ｉ ］ 始 的 从 左 到 右 的新 一 轮 的 匹 配 。 Ｔ［ ］ 起 ＢＭ 算 法 在 预 处 理 阶 段 时 间 复 杂 度 为 Ｏ（ ＋ｓ ， 间 复 杂 度 为 Ｏ（ ） 在 搜 索 阶 段 时 间 复 杂 度 为 Ｏ（ ｍ ）空 ｓ ； ｍ ｎ 最 坏 情 况 下 要 比较 进 行 ３ ｎ次 比较 ， 好 情 况 下 时 间 复 杂 度 为 Ｏ（ ／ ）， 最 ｎ ｍ） 。
５ ０
维普资讯
定 义如下 ：
叭 小
【 Ｊ，ｍａ Ｊｌｊｃ≤ ｍ１｝ 它 情 况 ） ｍ ｊ ｛ ］ ，Ｊ≤一， 情 Ｊ 一 ＝ｘ Ｐ［＝１ 其 况 它
ｊ ＝
ＢＭ 算 法 的 思 想 是 ： 果 在 执 行 正 文 中 从 第 ｉ 位 置 起 返 前 一 段 与 模 式 匹 配 检 查 中 ， 旦 出 现 不 匹 配 ， 如 个 一
多模匹配算法
1979年，Commentz和Walter.B 发明的算法（简称 CW79算法）结合了BM算法，在AC75的自动机算法上实现了 跳跃扫描文本。
除了自动机这种主流多模式匹配思想外还有一种很有 效的想法。这就是哈希（Hashing），Hashing方法的串查 寻最早是在1971年被Harrison介绍，之后得到了充分地分 析。1992年到1996年，台湾人Sun Wu和他的导师Udi Manber发表了一系列的论文 ，详细地介绍了他们设计的 匹配算法，并用此算法实现了一个Unix下类似fgrep的工 具：agrep。
➢ Step2：记f(s) = g(state, a)
以图1 a)为例说明计算的失效函数f； ① 先令f(1) = f(3) = 0，因为1和3是深度为1的状态。 ② 计算深度为2的状态2，6和4的失效函数。
计算f(2)，令state = f(1) = 0；由于g(0, a) = 0，得到f(2) = 0。 计算f(6)，令state = f(1) = 0；由于g(0, i) = 0，得到f(6) = 0 。 计算f(4)，令state = f(3) = 0； 由于g(0, h) = 1，得到f(4) = 1。 ③ 按这种方式继续，最终得到了如图1 b) 所示的失效函数f。
➢ 计算方法：用于计算某个状态失效函数值的算法在概念上 是非常简单的。首先，令所有深度为1的状态s的函数值为f(s) = 0。假设所有深度小于d的状态的f值都已经被算出了，那么 深度为d的状态的失效函数值将根据深度小于d的状态的失效 函数值来计算。
为了计算深度为d状态的失效函数值，我们考虑每个深度 为d-1的状态r，执行以下步骤： ➢ Step1：如果对所有状态a的g(r, a) = fail，那么什么都不做
图1 a) d(0) = 0; d(1) = d(3) = 1; d(2) = d(6) = d(4) = 2
除了自动机这种主流多模式匹配思想外还有一种很有 效的想法。这就是哈希（Hashing），Hashing方法的串查 寻最早是在1971年被Harrison介绍，之后得到了充分地分 析。1992年到1996年，台湾人Sun Wu和他的导师Udi Manber发表了一系列的论文 ，详细地介绍了他们设计的 匹配算法，并用此算法实现了一个Unix下类似fgrep的工 具：agrep。
➢ Step2：记f(s) = g(state, a)
以图1 a)为例说明计算的失效函数f； ① 先令f(1) = f(3) = 0，因为1和3是深度为1的状态。 ② 计算深度为2的状态2，6和4的失效函数。
计算f(2)，令state = f(1) = 0；由于g(0, a) = 0，得到f(2) = 0。 计算f(6)，令state = f(1) = 0；由于g(0, i) = 0，得到f(6) = 0 。 计算f(4)，令state = f(3) = 0； 由于g(0, h) = 1，得到f(4) = 1。 ③ 按这种方式继续，最终得到了如图1 b) 所示的失效函数f。
➢ 计算方法：用于计算某个状态失效函数值的算法在概念上 是非常简单的。首先，令所有深度为1的状态s的函数值为f(s) = 0。假设所有深度小于d的状态的f值都已经被算出了，那么 深度为d的状态的失效函数值将根据深度小于d的状态的失效 函数值来计算。
为了计算深度为d状态的失效函数值，我们考虑每个深度 为d-1的状态r，执行以下步骤： ➢ Step1：如果对所有状态a的g(r, a) = fail，那么什么都不做
图1 a) d(0) = 0; d(1) = d(3) = 1; d(2) = d(6) = d(4) = 2
基于FPGA的多模式匹配算法研究与实现
中 分 号 Ｐ ３ 田 类 ｌ ３ Ｔ０
基 于 Ｆ ＧＡ 的 多模 式 匹配算 法研 究与 实现 Ｐ
貉 潇 ，郭 健 ，邓 敏 ，自 斌
（． １ 西南 电子 电信技术研究所 ，成都 ６０４ ；２ 中国 电子科技 集团公司第 ３ 研究所 ，成都 ６００） １０１ ． ０ １００
耍： 针对模 式匹配软件算法速度慢、正确率低等问题，提 出一种基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的硬件 多模 式匹配 算法 ，通过设计窗 口折叠 的布鲁姆过 滤
窗 口数 据 的第 ｉ 个字 节 ｂｔ ＝ ， …， 。其 中 ， ｂｔ 的 ｙ ， （ ， ） ｅ ｙｅ ，
７ ｛， … ，模式集合 Ｐ＝ ｐ， ） １ ‘２ ， ＝ ｔ ） ， Ｉ ， Ｐ …， ，服从均匀分布 的独立 ｈ ｓ ａｈ函数集合 Ｈ： ＾ …， ，则 Ｂ 数据结构为 ｛ ， 】 ， Ｆ
关键词的模式集进行 ｈｓ ａｈ转换形成 ，可用于实现对集合
基金硬 目： 教育部 人文社科基金资助项 ［（０ Ｊ Ｚ １９；四川省金融智能与金融工程重点实验室基金资助项 Ｉ（ＩＥ ００ Ｏ） ￣ １Ｙ Ｃ Ｈ ６） ￣ＦＦ ２１． Ｓ ｌ Ｐ
作者筒介： 潇（ ８一 ， 骆 １ ｏ ） 女，工 ９ 程师， 主研方向：光 络通信， 纤网 高速网 络数据处理； 健、邓 敏、自 斌， 程师 郭 工
定理 设字节集合∑ 、而∈ 、ｎ ∑ 为偶数，有运算关系 ：
Ｙ ＝ ２ ・ ０ｘ １ ０ｘ ０・０ｘ ，Ｙ ＝Ｙ ｌ ・ （） １
收稿 日期 ：２ １－１１ ．四 日期 ： ０２０—４ Ｅｍａ ｉ ｘ ＠ １ ３ ｏ ０ １ －４ １ － ｝ ２ １－１１ － ￣ ｖ ｘ ６． ｒ ｙ ｃｎ
＿
２２ ３
计
中文多模式匹配算法性能的分析与研究
朱永强 ， 江 雪 ，
（ １ ． 成都 网安科技发展有限公 司， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ９ ２ ；
２ ． 电子 科技 大学 示 范性软 件 学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘 要： 模 式 匹配算 法一 般不 具有所 有环 境 下的通 用 性 ， 不 同 的算法 在不 同语 义环 境 下 的表 现 ， 往往 差 异较 大 。为 实现 中
文环 境下 对模式 串 的快速 多模 式 匹配 ， 选 择 出在 中文环 境 下 的最 优 匹 配 算法 ， 分 析 了几种 经 典 的 多模 式 匹 配算 法 。通 过 对各 个算 法设 计思路 、 时 间性 能与 空间性 能 的研究 ， 推 导 出基 于 “ 坏 字 符” 的算 法设 计思 路最 适用 于 中文 环境 下 大字 符集 、
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ － ６ ２ ９ Ｘ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ １ ６
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ
第２ ４卷 第 ２期 ２ ０ １ ４年 ２月
计 算 机 技பைடு நூலகம்术 与 发 展
ＣＯＭＰ ＵＴＥＲ ＴＥＣ ＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ０Ｐ ＭＥＮＴ
Ｖｏ １ ． ２ ４ Ｎ ｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４
中文 多模 式 匹配 算 法 性 能 的分 析 与研 究
ｈ ｉ ｎ ｇ， ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｉｎ ｔ ｇ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｉｍａ ｔ ｌ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇｏ ｉｔ ｒ ｈｍ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｍｕ ｌ ｔ ｉ —ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｒ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ —
（ １ ． 成都 网安科技发展有限公 司， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ９ ２ ；
２ ． 电子 科技 大学 示 范性软 件 学院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘 要： 模 式 匹配算 法一 般不 具有所 有环 境 下的通 用 性 ， 不 同 的算法 在不 同语 义环 境 下 的表 现 ， 往往 差 异较 大 。为 实现 中
文环 境下 对模式 串 的快速 多模 式 匹配 ， 选 择 出在 中文环 境 下 的最 优 匹 配 算法 ， 分 析 了几种 经 典 的 多模 式 匹 配算 法 。通 过 对各 个算 法设 计思路 、 时 间性 能与 空间性 能 的研究 ， 推 导 出基 于 “ 坏 字 符” 的算 法设 计思 路最 适用 于 中文 环境 下 大字 符集 、
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ － ６ ２ ９ Ｘ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ １ ６
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ
第２ ４卷 第 ２期 ２ ０ １ ４年 ２月
计 算 机 技பைடு நூலகம்术 与 发 展
ＣＯＭＰ ＵＴＥＲ ＴＥＣ ＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ０Ｐ ＭＥＮＴ
Ｖｏ １ ． ２ ４ Ｎ ｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４
中文 多模 式 匹配 算 法 性 能 的分 析 与研 究
ｈ ｉ ｎ ｇ， ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｉｎ ｔ ｇ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｉｍａ ｔ ｌ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇｏ ｉｔ ｒ ｈｍ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｍｕ ｌ ｔ ｉ —ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｒ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ —
Wu—Manber算法性能分析及其改进
如果对于 １ ≤ ｎ存在 丁［＋１ ］ Ｉ １ ・ ］ ≤ ， … ＋ｍ ＝尸 ［．ｍ ， ．
其中 １ ≤ ≤五 则模式 串 尸 在 文本 丁 的位 置 ｉ 出 现， ， Ｉ 处 即模 式串与文本匹配 。字符 串的多模式匹配 问题就是要寻找多个 Ｐ在 Ｔ 中是否 出现 ， 以及 出现的位置 。 目前已出现多种多模 式匹 配算法 。早在 １ ７ ９ ５年 ， Ｖ． 八 Ａｈ ｏ和 Ｍ．． ｏａｉ Ｊ Ｃ ｒｓ ｋ就提 出解 决 多模 式 匹配 问题 的 Ａ ｃ ｈ
介绍 了 ｗｕ ｎ ｅ 算法的基 本概 念及 其实现原理 ， 算法在 实践应 用 中是 最有效 的。然后提 出 了对 ＷｕＭａｂｒ — ｂｒ Ｍａ 此 － ｎｅ 算 法的改进 ， 以解决多模 式 串长度很 短时 出现的性能 问题 。最后 ， 实验 数据表 明， 改进 后 的 ＷｕＭａ ｂ ｒ 法， ｎｅ算 其性 能远
。
注 的一 个 算 法 。Ｓ ｎＷｕ和 Ｕｄ Ｍａ ｂ ｒ］ ｕ ｉ ｎ ｅＩ 的实 验 表 明， ｓ 在 Ｓ ｎＳ ａｃ０上 ， ｕ ｐｒｌ 他们 的算 法可 以于 １ 内完 成在 １ ． Ｍ 的 Ｏ秒 ５８ 文 本 中搜 索 １ ０ ０个模 式 的工 作 。在 ｗＭ 算 法 的 基础 上 ， ００ Ｓ ｎＷｕ和 Ｕｄ Ｍａｂ ｒ实 现 了一 个 用 于 模 糊 匹 配 的 工 具 ｕ ｉ ｎｅ ａ ｒｐ。 ｇｅＥ 和一个文本检索 的工 具 ｌ ｓ￣ 在实 际的应 用 中都 ］ ｉ ｅ ｍｐ ， 获得 了 良好 的效 率。但是 ， 我们 通过测试 实验 发现 ＷｕＭａ — ￣ ｎ ｂｒ ｅ 算法在某些特 定情 况下 性能 并 不是 很好 ， 对这 一 问题 针
远优 于传统的 ＷｕＭａｂ ｒ 多模 式 匹配 ， 能分析 性
多模式串匹配算法详解
多模式串匹配算法详解随着计算机技术的不断发展，我们的生活已经离不开计算机了。
计算机技术也在不断完善和发展，其中算法是计算机科学的基础之一。
在计算机科学中，字符串匹配是一个非常重要的问题，而多模式串匹配算法就是解决字符串匹配问题的一种方法。
一、什么是多模式串匹配算法多模式串匹配算法是指在一个文本串中查找多个模式串的匹配位置。
举个例子，如果我们想在一段英文文章中查找“apple”、“banana”和“pear”这三个单词的位置，那么就可以使用多模式串匹配算法。
在这个例子中，文本串就是整篇文章，而“apple”、“banana”和“pear”就是模式串。
二、常见的多模式串匹配算法1.基于Trie树的多模式串匹配Trie树是一种树形数据结构，它是一种有序树，用于保存关联数组，其中键通常是字符串。
Trie树的基本思想是将字符串拆分成单个字符，然后构建一棵树，使得每个节点代表一个字符，从根节点到叶子节点组成的字符串就是一个完整单词。
构建出Trie 树之后，就可以使用类似深度优先搜索的方法，在Trie树上查找所有匹配的字符串。
2.基于AC自动机的多模式串匹配AC自动机是一种自动机算法，它是基于Trie树的改进。
AC自动机可以在O(n)的时间复杂度内找出文本串中所有出现在模式串集合中的模式串出现的位置。
就算是在模式串集合非常大的情况下，AC自动机依然可以保持良好的时间复杂度。
所以AC自动机是一种非常高效的多模式串匹配算法。
三、多模式串匹配算法的应用多模式串匹配算法的应用非常广泛，下面列举一些常见的应用场景。
1.搜索引擎搜索引擎需要快速地查找网页中的关键词，并列出所有相关的网页。
多模式串匹配算法可以帮助搜索引擎实现这个功能。
2.文本编辑器文本编辑器需要在用户输入时提示相关的自动补全单词和拼写纠错。
多模式串匹配算法可以根据用户输入的前缀，返回与之最相似的单词。
3.网络安全网络安全中常常需要检测恶意代码和病毒。
多模式串匹配算法可以帮助检测这些恶意代码和病毒。
一种改进的QWM多模式匹配算法
串在模 式 串其 它位置 的出现 情况 来决定可 以移 动的距 离 。 算 法 的匹配速 度跟每 次匹配 不成功后 移动 的距离有 关系 ，如果 能增加 安全 的移 动距 离 ，无疑 可 以提高 处理 的速度 。在ＷＭ算法 中 ，如果 Ｂ ｉ － 出现在 模式尾 部 ，意 ＋＿…ｔｍＩ ＋ 不 味 着 当 前 文 本 不 匹配 任 何 一 条 模 式 ，并 根 据 Ｓ Ｆ 表 移 动 相 应 的 距 离 ，设 为 Ｓ＝ ＨＩＴ Ｉ
１引言
多模式匹配是计算机技术领域的一个基本问题，在Ｉ ＳＩ ｒｓ ｎ ｅ ｃｏ ｓ ｍ 、 Ｄ （ ｔ ｉ ｔ ｔ ｎ ｙｔ ） ｎｕｏＤ ｅｉ Ｓ ｅ 病毒检测、垃圾邮件过滤、 Ｎ 序列检测等方面都有着重要的应用。多模式匹配的数学 Ｄ Ａ 模型可以描述为： ＝ Ｐ，２ ． ） 令Ｐ ｛ Ｉ … 是模式集合， ＝ｈ２ 是一个文本串， 中的元素、 Ｐ Ｔ ｔ Ⅳ … Ｐ
改进 ，并进一 步优化 了算法 的跳 跃机 制 ，比对实验 显示 ，新 的算法较原 来 的算法有很 大 的提高 。
２基于 Ｑｓ ＷＭ 相结合 的算法 Ｑ 和 ＷＭ 设模式个数为ｋ ，模式最短长度为ｍ，后缀分组长度为Ｂ ＷＭ算法每次考虑长度 。Ｑ
为ｍ的文本 串，即 … … ｌ 并根据 …ｔｍ 这Ｂ ， ＋－ ｉ － 个字符 串是否出现在模式串末尾 （ ： Ｂ ＋ｌ 注 这 里是 指通 过 比较 ＋ｍ…ｔｍｌ ａｈ 与 所有模 式 的后 缀ｈ ｈ 是否相 等 来判断 是否 出 ，－ ｓ 值 ＋ 的ｈ ｓ ａ 值 现 ，并非逐字节比较 ，下同）来判断是否产生匹配 ，如果文本的Ｂ 个字符 串不出现在模 式串末尾 （ 即其ｈｓ值与所有模式的后缀ｈ ｈ ［ ａ ｈ ｓ ￣ ａ ｌ 不相等） ，则根据 Ｂ．ｉ － 个字符 ．ｔｍ 这Ｂ ． １ ＋
１引言
多模式匹配是计算机技术领域的一个基本问题，在Ｉ ＳＩ ｒｓ ｎ ｅ ｃｏ ｓ ｍ 、 Ｄ （ ｔ ｉ ｔ ｔ ｎ ｙｔ ） ｎｕｏＤ ｅｉ Ｓ ｅ 病毒检测、垃圾邮件过滤、 Ｎ 序列检测等方面都有着重要的应用。多模式匹配的数学 Ｄ Ａ 模型可以描述为： ＝ Ｐ，２ ． ） 令Ｐ ｛ Ｉ … 是模式集合， ＝ｈ２ 是一个文本串， 中的元素、 Ｐ Ｔ ｔ Ⅳ … Ｐ
改进 ，并进一 步优化 了算法 的跳 跃机 制 ，比对实验 显示 ，新 的算法较原 来 的算法有很 大 的提高 。
２基于 Ｑｓ ＷＭ 相结合 的算法 Ｑ 和 ＷＭ 设模式个数为ｋ ，模式最短长度为ｍ，后缀分组长度为Ｂ ＷＭ算法每次考虑长度 。Ｑ
为ｍ的文本 串，即 … … ｌ 并根据 …ｔｍ 这Ｂ ， ＋－ ｉ － 个字符 串是否出现在模式串末尾 （ ： Ｂ ＋ｌ 注 这 里是 指通 过 比较 ＋ｍ…ｔｍｌ ａｈ 与 所有模 式 的后 缀ｈ ｈ 是否相 等 来判断 是否 出 ，－ ｓ 值 ＋ 的ｈ ｓ ａ 值 现 ，并非逐字节比较 ，下同）来判断是否产生匹配 ，如果文本的Ｂ 个字符 串不出现在模 式串末尾 （ 即其ｈｓ值与所有模式的后缀ｈ ｈ ［ ａ ｈ ｓ ￣ ａ ｌ 不相等） ，则根据 Ｂ．ｉ － 个字符 ．ｔｍ 这Ｂ ． １ ＋
一种新的应用于数据流关联分析的多模式匹配算法
—
—
多 的位移 ， 得最 大 步长 ， 获 同时应用 ＡＣ算法 的有 限状 态 自动 机构 造模 式树 ， 匹配过 程 中移动 模 式树 ， 减 少规 则 匹配 次数 。 Ｃ ＷＭＮ算法 仍包 括 预处 理和 匹配 两个 阶段 。 Ａ － ３ １ Ａ ＷＭＮ算 法 的预 处理 ． Ｃ－ ３ １ １ 构造 位移 表 ． ． 在预 处理 阶段 ， 同样 生 成前 缀索 引 Ｐｅｉ表 、 ｒｆ ｘ 后缀 索 引 Ｈａｈ ｓ 表及 跳 跃距 离 Ｓ ｉ 表 。 ｒｆ 表 和 Ｈａｈ ｈｆ Ｐｅｉ ｔ ｘ ｓ 表 的计算 方法 与原 ＷＭ 算法 相 同 。
找 到该 模式 串 ， 匹配 成 功 。 Ａ Ｃ算 法 由于在对 文本 串进行 匹配 时完 全按 照顺 序输 入 字符 ， 法 跳 过不 必 要 的 比较 ， 无 因此 在 模式 串数 目不 是很 多 的情况 下性 能并 不是 很好 。 ２ ２ Ｗ Ｍ 算 法 ． ＷｕＭａｂｒ ． ｎ ｅ 算法采 用 Ｂ 算法进行跳跃 的思想 和 ｈｓ Ｍ ａｈ散列 的方法 。 算法包括预处理和查找两个阶段 。 在 预 处理 阶段 ， 针对模 式 集合 建立 ３个 表 ｓｉ 表 、ａｈ表 和 ｐｅｉ表 。 中 ，ｈｆ表存储 的是初 次 将 ｈｆ ｈｓ ｔ ｒｆ ｘ 其 ｓｉ ｔ
（ ） 如 果字符 块 Ｂ不 出现在 任何 模 式 串 中 ， Ｓ ｉ［ ］＝ｍ —Ｂ＋１其 中 ｈ为字符 块 Ｊ的散 列值 。 １ 则 ｈｆ ｈ ｔ ， Ｂ （ ） 如果 字符 块 出现在 某 些模 式 串 中 ， 在所 有模 式 串 中最右 的非 最后 一个 字符 块 的结 束 位置 ２ 且 为 ｑ则 Ｓｉ ［ ］ ＝ｍ —ｑ若 字符 块 仅在某 些 模式 串的最后 一个 字符 块 的位 置处 ， Ｓ ｉ［ ］：ｍ 一 ， ｈｆ ｈ ｔ ， 则 ｈｆ ｈ ｔ
实现顺序串的各种模式匹配算法
实现顺序串的各种模式匹配算法序号一：引言实现顺序串的各种模式匹配算法是一项重要而复杂的任务。
在计算机科学领域，这一问题一直备受关注，因为它涉及到如何高效地在一个文本中找到一个模式的出现。
通过使用不同的算法和数据结构，我们可以在实际应用中更有效地实现字符串匹配。
在本文中，我们将深入探讨各种模式匹配算法，包括它们的原理、优缺点以及适用场景，以便读者能够更全面地理解和应用这些算法。
序号二：模式匹配算法的基本原理在开始讨论不同的模式匹配算法之前，让我们先了解一下模式匹配的基本原理。
模式匹配是指在一个文本串中查找一个模式串的过程。
具体来说，我们需要在文本串中以每一个位置为起点，依次比较模式串和文本串的对应字符，从而确定模式串是否出现在文本串中。
这个过程类似于在一本书中找到特定章节的名字，只不过在计算机中我们需要以更快的速度完成这一任务。
序号三：常见的模式匹配算法及其优缺点在实际应用中，有许多不同的模式匹配算法可供选择。
其中，最常见的包括朴素匹配算法、KMP算法、Boyer-Moore算法、Rabin-Karp 算法等。
每种算法都有其独特的优缺点，以适应不同的应用场景。
朴素匹配算法是一种简单直观的算法，它从文本串的每一个位置开始和模式串进行匹配，直到找到匹配或者遍历完整个文本串为止。
这种算法的优点是实现简单，但是对于大规模文本串和模式串来说效率较低。
KMP算法是一种高效的模式匹配算法，它利用了模式串自身的特点来快速匹配文本串。
通过构建部分匹配表，KMP算法可以在匹配过程中跳过一些已经匹配过的位置，从而提高匹配的效率。
其主要缺点是需要额外的空间来存储部分匹配表，因此在内存有限的场景下可能不适用。
Boyer-Moore算法是另一种经典的模式匹配算法，它通过利用模式串和文本串之间的信息来跳过一些不可能匹配的位置，从而减少比较次数。
这使得Boyer-Moore算法在最坏情况下的时间复杂度较低，适用于大规模文本串和模式串的匹配。
多模匹配算法
输出“ ”是和状态7相关联的 输出“his”是和状态 相关联的
添加第四个关键字“hers”，可以得到： 添加第四个关键字“ ，可以得到：
输出“ 相关联。 输出“hers”和状态 相关联。 ”和状态9相关联 在这里，我们能够使用已有的两条边：一条是从状态 到 在这里，我们能够使用已有的两条边：一条是从状态0到 1标记着 的边；一条是从状态 到2标记着 的边。 标记着h的边 标记着e的边 标记着 的边；一条是从状态1到 标记着 的边。
输出“she”和状态 相关联。 输出“ 和状态5相关联。 和状态 相关联
增加第三个关键字“ ” 我们得到了下面这个图。 增加第三个关键字“his”，我们得到了下面这个图。注 意到当我们增加关键字“ ” 已经存在一条从状态0到 意到当我们增加关键字“his”时，已经存在一条从状态 到 状态1标记着 的边了，所以我们不必另外添加一条同样的边。 标记着h的边了 状态 标记着 的边了，所以我们不必另外添加一条同样的边。
举个例子， 利用图1 举个例子，记树型有限自动机为状态机M。状态机M利用图1的 函数去处理输入文本“ushers”，图4显示了M在处理文本串 函数去处理输入文本“ 时产生的状态转移情况。 时产生的状态转移情况。
图4 扫描“ushers”时的状态转换序列
考虑M在状态 ，且当前输入字符为e时的操作循环 由于g(4, 时的操作循环。 考虑 在状态4，且当前输入字符为 时的操作循环。由于 在状态 e) = 5，状态机进入状态 ，文本指针将前进到下一个输入字 ，状态机进入状态5， 并且输出output(5)。这个输出表明状态机已经发现输入 符，并且输出 。 文本的第四个位置是“ 出现的结束位置。 文本的第四个位置是“she”和“he”出现的结束位置。在状态 和 出现的结束位置 5上输入字符 ，状态机M在此次操作循环中将产生两次状态转 上输入字符r，状态机 在此次操作循环中将产生两次状态转 上输入字符 由于g(5, r) = fail，M进入状态 = f(5)。然后因为 进入状态2 移。由于 ， 进入状态 。然后因为g(2, r) = 8，M进入状态 ，同时前进到下一个输入字符。在这次操作 进入状态8，同时前进到下一个输入字符。 ， 进入状态 循环中没有输出产生。 循环中没有输出产生。
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Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｕｌｉ ｌ ｔｅ ｎ ｍ ａ ｃ ｉ ｌ ｏ ｉｈｍ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｎａ ｙ ｉ ｆｍ ｔｐ ｅ ｐａ ｔ ｒ ｔ ｈ ｎｇ ａ ｇ ｒｔ
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（ｃｏｌ 厂 ｏ ｐ ｔ ｃｅｃ， ＂ｔ ｈｙｕＵ ｉ ｒｔ ， ｉ ｎ ７ ０ ６ ， ｈｎ ） Ｓ ｈｏ ０ Ｃ ｍ ｕｅ Ｓ ｉ ｅ Ｘｉｕ Ｓ ｉ ｎ ｅｓ ｙ Ｘ ＂ １０ ５ Ｃ ｉａ ｒ ｎ ｃ ｏ ｖ ｉ ａ
ｍｕｈｉｌ ａ ｔｒ ｔｈｉ ｌｏ ｉｈｍ． ｐ ｅ ｐ ｔｅ ｎ ｍａｃ ｎｇ ａｇ ｒｔ
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｕ ｉ ｌ ａｔ ｒ ｔ ｈ ｎ ； Ｃ ａｇ ｒ ｈ Ｗ Ｍ ｌｏ ｔ ｍ； Ｂ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈ ｐｅ ｐ ｔ ｎ ｍａ ｃ ｉｇ Ａ ｌｏ ｉ ｍ； ｅ ｔ ａｇ ｒ ｈ Ｅｘ ｌ ｏ ｈ ｉ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔＴ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｍｕ ｔ ｌ ｐ ｔ ｒ ｍａ ｃ ｉ ｇ ｌｏ ｉ ｍ ｄ ｒ ｃｌ ｉ ａ ｔ ｎ ｎ ｒ ｓｏ ｄ ｔ ｃｉｎ ｙ ｔ ｍ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ａ ｄ ｌ ｐ ｅ ａｔ ｎ ｉ ｅ ｔｈ ｎ ａｇ ｒｔ ｈ ｉ ｔ ｅ ｙ ｍｐ ｃｓ ｏ ｉ ｔ ｉｎ ｅ ｅ ｔ ｓ ｓ ｕ ｏ ｅ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｎ
语 育 翻 译 、 据 压 缩 、 索 引 擎 、 络 人 侵 检 测 、 算 机 病 毒 数 搜 网 汁 特 征 码 配 等 … 。研 究 高 效 的 多 模 式 匹 配 算 法 具 有 非 常 重 要
的理 论 和 现 实 意 义 。 所 谓 多 模 式 配 ， 是 在 文 本 串 就 １ … ， 巾一 次 匹 配 ， ｎ１
ｍａ ｃ ｉ ｇ ｔ ｆ ｔ ｅ ｅ ａｇ ｒｔ ｍｓ ａｅ ｔ ｓｅ ｈ ｏ ｇ ａ ｄ — ｉ ｅ ｐ ｒ ｎ ． ｒ ｖｄ ｓ ｈ ｌｆ ｌｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆｒ ｉ ｒ ｖ ｎ ｈ ｔ ｈ ｎ ｉ ｏ ｈ ｓ ｌ ｏ ｈ ｒ ｅ ｔ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｈ ｎ ｓＯｌ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｔｐ ｏ ｉ ｅ ｅｐ ｕ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｅ ｉ ｉ Ｉ
ｗＭ快 速 字 符 串 匹配 算 法 采 用 Ｂ 算 法 进 行 跳 跃 的 思 想 Ｍ
和 ｈ ｓ 列 方 法 ， 实 际应 Ｊ 中 ， 大 规 模 多 模 式 匹 配最 快 ａ ｈ散 在 ｝ ｝ ｊ 是
≤ ， ｉｌｎ是 最 短 模 式 串的 长度 ， ｍｎｅ ＝ ｉ｛ｊ １ ≤ ）ｍ ｎ ｅ 即 ｉｌ ｍ ｎｍｌ ｎ （ ｑ １ 多模 式 匹配 比多 个 模 式 串 逐 个 进 行 传 统 单 模 式 匹 配 的 ）。
第 １ 卷 第 １ ８ 期
Ｖｏ ．８ １１ Ｎｏ １ ．
电子设 计工 程
Ｅｌ ｃｒ ｎｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇｎ ｅｉ ｇ
２１ ０ ０年 １月
Ｊ ｎ ０１ ａ ．２ ０
多模 式匹配算 法的性能 分析
孙 友 仓
（ 西安 石 油 大 学 计 算机 学 院 ，陕 西 西安 ７ ０ ６ ） １０ ５ 摘要： 多模 式 匹 配 算 法 效 率 直接 影 响 入侵 检 测 系统 的 性 能 和 效 率 。在 分析 研 究 经 典 的 Ａ Ｃ算 法 、 ＷＭ 算 法 和 Ｅ Ｂ算 法 ｘ 的基 础上 ， 过 上 机 实验 测 试 这 些 算 法 的 模 式 匹 配 时 问， 改 进 多模 式 匹配 算 法提 供 有 益 的借 鉴 。 通 为 关键词： 多模 式 匹 配 ； Ｃ 算 法 ； Ａ ＷＭ 算 法 ； ｘ Ｅ Ｂ算 法 中 图分 类 号 ： Ｐ ９ ．８ Ｔ ３３ ０ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６４ ６ ３ （０ ０ ０ — ０ ７ ０ １７ — ２６ ２ １ ） １ ０ １— ２
速度快得 多。
的 算 法 之 一 ． ． ＷＭ 算 法 将 文 本 串 以 Ｂ个 字符 长度 分块 ， 该 称
个字 符 为 １ 块 字 符 ． 个 曰为 块 字 符 的长 度 ， 曰通 常 取 ２或 ３ 。 首 先 对 模 式 集 进 行 预 处 理 ．在 预 处 理 阶 段 构 造 ３个 表 ， 即 ｓ ｉ表 、ａｈ表 和 ｐｅ ｘ表 。 匹 配 过 程 从 文 本 串 ｔｘ 的 第 （ ｈｆ ｈ ｓ ｔ ｒｆ ｉ ｅｔ ｍ—
ｅ ｃ ｅ ｙＯｎ ｔ ｅ ｂ ｓｓ ｏ ｅ ｅａ ｈｉ ｎｄ ａ ｌｓｎ ｈｅ ｌ ｓ ｉ ｉ ｆ ｉｎｃ ． ｈ ａ ｉ ｆｒ ｓ ｃ ｎｇ ａ ｎａｙ ｉｇ ｔ ｃａ ｓｃ ＡＣ ｌ ｏｉｈｍ ， Ｍ ｌ ｏ ｉ ａ ｇ ｒｔ Ｗ ａ ｇ ｒｔ ｈｍ ｎ Ｅｘ ａ ｇ ｒｔ ａｄ Ｂ ｌ ｏ ｈｍ，ｈｅ ｐａｔｒ ｉ ｔ ｔ ｎ ｅ
预处理 时 间在 内 Ａ Ｃ算 法 的 总 时 间 复 杂 度 是 Ｏ（ ｎ ， 中 Ｍ＋ ）其
为 所 有 模 式 串 的长 度 总 和 。
１２ ． Ｗ Ｍ 算 法
多个 模 式 串 Ｐ ， ， ， ， 巾 ｋ为 模 式 串 的个 数 。 ＝ 时 ， … 其 ｋｌ
即 为单 模 式 匹 配 。 式 串 的 长 度 为 ｍ 即 模 【， ， 】１ ｌ … ｍ， （ ≤
多 模 式 匹 配 算 法 在 很 多 领 域 都有 重 要 应 用 ， 拼 写 检 查 、 如
个 模 式 串 的 长 度 无 关 ，无 论 模 式 串 Ｐ 是 否 出现 在 中 ， 中 的 每 个 字 符 都 必 须 输 入 状 态 机 巾 ， 以 无 论 是 最 好 情 况 还 是 所 最 坏 情 况 ， Ｃ算 法 模 式 匹 配 的 时 间 复 杂 度 都 是 Ｄ（ ） 包 括 Ａ ｎ，