Trong lĩnh vực lập trình, việc tìm kiếm chuỗi là một trong những bài toán cơ bản và thường gặp. Một trong những thuật toán hiệu quả để giải quyết vấn đề này là Boyer-Moore, được phát triển vào năm 1977 bởi Robert S. Boyer và J Strother Moore. Thuật toán Boyer-Moore nổi bật nhờ vào khả năng tìm kiếm nhanh chóng và giảm thiểu số lần so sánh, đặc biệt khi chuỗi cần tìm hoặc văn bản có độ dài lớn.
Nguyên lý hoạt động của thuật toán Boyer-Moore
Thuật toán này chủ yếu sử dụng hai kỹ thuật chính để tăng tốc độ tìm kiếm: bad character heuristic (thuật toán ký tự xấu) và good suffix heuristic (thuật toán hậu tố tốt).
-
Bad Character Heuristic: Khi tìm kiếm một ký tự sai ở trong mẫu, thuật toán sử dụng bảng tra cứu để xác định khoảng cách di chuyển toán hạng. Bảng tra cứu này chỉ ra vị trí xuất hiện lần cuối cùng của một ký tự trong mẫu, giúp di chuyển nhanh mà không bỏ lỡ khả năng tìm thấy chuỗi.
-
Good Suffix Heuristic: Kỹ thuật này tận dụng thông tin từ các hậu tố tốt (suffix) để có thể bỏ qua nhiều ký tự khi có sự không khớp ở phần cuối của mẫu. Nếu một phần hậu tố của mẫu khớp với phần cuối của đoạn văn bản, thuật toán có thể bỏ qua những đoạn văn bản này khi tiếp tục tìm kiếm.
Các bước cài đặt thuật toán Boyer-Moore
Dưới đây là một trình tự các bước cụ thể để cài đặt thuật toán Boyer-Moore:
-
Chuẩn bị bảng ‘bad character’ và ‘good suffix’:
- Tạo một bảng để lưu trữ vị trí cuối cùng của mỗi ký tự trong mẫu. Ký tự nào không có trong bảng sẽ được đánh dấu khoảng cách sự dịch chuyển tối đa là chiều dài của mẫu.
- Tạo một bảng để lưu trữ thông tin về các hậu tố. Điều này có thể phức tạp hơn 'bad character', nhưng rất quan trọng để cài đặt thuật toán hiệu quả.
-
Tìm kiếm mẫu trong văn bản:
- Khởi động từ phần cuối cùng của mẫu và làm việc ngược lại.
- Kiểm tra ký tự của mẫu với ký tự tương ứng trong văn bản.
- Khi phát hiện sự không khớp:
- Sử dụng bảng ‘bad character’ để xác định khoảng cách dịch chuyển.
- Sử dụng bảng ‘good suffix’ để kiểm tra và tăng cường khả năng dịch chuyển.
-
Lặp lại các bước trên cho đến khi mẫu được tìm thấy hoặc đoạn văn bản kết thúc.
Ví dụ minh họa
Giả sử chúng ta cần tìm chuỗi "EXAMPLE" trong văn bản "HERE IS A SIMPLE EXAMPLE".
-
Chuẩn bị bảng:
- 'E': 6
- 'X': 1
- 'A': 4
- 'M': 3
- 'P': 5
- 'L': 2
-
Tìm kiếm: Bắt đầu từ cuối mẫu "EXAMPLE" đối chiếu với văn bản từ trái sang phải.
Nếu tại vị trí ký tự thứ 7 của văn bản có sự không khớp với ký tự cuối của mẫu ('E'), chuyển mẫu sang bên phải theo khoảng cách từ bảng ký tự xấu.
Ưu và nhược điểm của thuật toán
Ưu điểm:
- Hiệu quả đặc biệt trên các chuỗi và văn bản dài.
- Sử dụng ít lần so sánh hơn nhờ hai kỹ thuật chính.
Nhược điểm:
- Yêu cầu khởi tạo và quản lý các bảng lookup, có thể phức tạp.
- Không quá hiệu quả nếu mẫu và văn bản có nhiều ký tự trùng lặp.
Kết luận
Thuật toán Boyer-Moore là một phương pháp mạnh mẽ và hiệu quả cho việc tìm kiếm chuỗi, đặc biệt trong các trường hợp yêu cầu sự chính xác và tốc độ xử lý cao. Việc hiểu và cài đặt thành công thuật toán này sẽ giúp các lập trình viên tối ưu hóa hiệu suất cho các ứng dụng liên quan đến tìm kiếm văn bản.
Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn một cái nhìn cụ thể và thực tế về cách cài đặt thuật toán Boyer-Moore.
Comments