Go 语言实现 Rabin Karp 算法

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Go 语言中的 Rabin-Karp 算法是一种强大的字符串搜索算法，用于有效地在较大的文本中查找模式。在本文中，我们需要在 Go 语言中实现 Rabin Karp 算法，这将能够有效地进行模式匹配，并展示该算法在 Go 语言中的灵活性。我们可以使用诸如单函数方法以及使用模块化方法等方法。

模式匹配

假设我们有文本：“ABCABCDABCABC” 和模式 “ABC”，因此通过在 Go 语言中实现 Rabin Karp 算法，我们可以找出此模式在给定文本字符串中重复了多少次以及在何处重复。我们将在下面的示例中了解这一点。

单函数方法

此方法利用单个函数在 Go 语言中实现 Rabin Karp 算法。该函数计算模式的哈希值，并为文本的滑动窗口生成哈希值。当哈希值匹配时，逐字符验证确认匹配。尽管简单易懂，但此方法可能不适用于非常大的文本。

模块化方法

模块化方法将算法划分为单独的函数。这些函数管理哈希计算、滑动期间的哈希更新以及哈希冲突期间的字符比较。这种模块化方法更通用，并且在处理大量文本时性能更好。

算法

• 初始化一个空切片以存储在文本中找到模式的索引，并计算模式和文本的长度。

• 使用合适的哈希函数计算模式的哈希值。从索引 0 到 textLen − patternLen 迭代文本。

• 在循环内，计算文本当前子字符串的哈希值。如果子字符串的哈希值与模式的哈希值匹配

• 在子字符串和模式之间执行逐字符比较以验证匹配。如果确认匹配，则将当前索引附加到索引切片。

• 继续迭代文本，直到检查完所有子字符串。返回包含找到模式的索引的索引切片。

语法

func rabinKarp(pattern, text string) []int

语法 func rabinKarp(pattern, text string) []int 定义了一个名为 rabinKarp 的函数，该函数接受两个字符串参数 pattern 和 text。该函数返回一个整数切片 ([]int)，表示在文本中找到模式的索引。

func hash(str string) uint64

语法 func hash(str string) uint64 声明了一个名为 hash 的函数，该函数接受一个字符串参数 str。该函数旨在返回一个无符号 64 位整数 (uint64)，表示计算出的哈希值。

示例

在此示例中，我们将使用 Go 语言实现 Rabin Karp 算法进行模式匹配。rabinKarp 函数以模式和文本作为输入：pattern 表示我们要搜索的模式，text 表示我们要在其中搜索模式的文本。在函数内部，实现代码处理 Rabin-Karp 算法。它执行必要的计算和比较以在给定文本中找到模式。然后，该函数返回一个整数切片 []int，其中包含在文本中找到模式的索引。

package main

import (
	"fmt"
)

func rabinKarp(pattern, text string) []int {
	var indices []int
	patternLen := len(pattern)
	textLen := len(text)

	for i := 0; i <= textLen-patternLen; i++ {
		match := true
		for j := 0; j < patternLen; j++ {
			if text[i+j] != pattern[j] {
				match = false
				break
			}
		}
		if match {
			indices = append(indices, i)
		}
	}

	return indices
}

func main() {
	text := "ABCABCDABCABC"
	pattern := "ABC"

	indices := rabinKarp(pattern, text)
	fmt.Println("Pattern found at indices:", indices)
}

输出

Pattern found at indices: [0 3 7 10]

示例

在此示例中，我们有一个名为 hash 的函数，它接受一个字符串参数 str。该函数计算并返回一个无符号 64 位整数 (uint64)，表示输入字符串的哈希值。在函数内部，实现代码使用合适的哈希算法计算输入字符串的哈希值。计算出的哈希值存储在 hashValue 变量中并作为无符号 64 位整数 (uint64) 返回。

package main

import (
	"fmt"
)

func hash(str string) uint64 {
	var hashValue uint64

	for i := 0; i < len(str); i++ {
		hashValue += uint64(str[i])
	}

	return hashValue
}

func main() {
	input := "example"

	hashValue := hash(input)
	fmt.Println("Hash value:", hashValue)
}

输出

Hash value: 748

现实生活中的应用

剽窃检测

Rabin-Karp 算法可用于检测文档中的剽窃行为。通过将每个文档视为一系列字符，并使用该算法有效地在文档之间搜索匹配的模式，您可以识别复制内容的实例或文本之间的相似之处。

数据重复数据删除

在数据存储系统中，Rabin-Karp 算法可以帮助识别重复的文件或数据块。通过对数据部分进行哈希处理并使用该算法比较哈希值，您可以快速识别两段数据是否相同或相似。

结论

Rabin-Karp 是一种强大的字符串搜索算法，可用于检测剽窃或文件中重复的数据。在本文中，我们研究了如何在 Go 语言中实现 Rabin Karp 算法，这是一种强大的字符串搜索技术。在这里，我们探索了两种方法：直接模式匹配方法和巧妙地使用单独的哈希函数。