本文是对 Swift Algorithm Club 翻译的一篇文章。
Swift Algorithm Club是 raywenderlich.com网站出品的用Swift实现算法和数据结构的开源项目，目前在GitHub上有18000+⭐️，我初略统计了一下，大概有一百左右个的算法和数据结构，基本上常见的都包含了，是iOSer学习算法和数据结构不错的资源。
Boyer-Moore字符串搜索(Boyer-Moore String Search)
这个主题已经有教程 here
目标：在纯Swift中编写字符串搜索算法，而无需导入Foundation或使用NSString的rangeOfString()方法。
换句话说，我们想在String上实现一个indexOf(pattern：String)扩展，它返回在字符串里面第一次出现搜索模式的String.Index，如果找不到模式则返回nil 。
例子：
// Input:
let s = "Hello, World"
s.indexOf(pattern: "World")
// Output:
<String.Index?> 7
// Input:
let animals = "?????"
animals.indexOf(pattern: "?")
// Output:
<String.Index?> 6
复制代码注意： 牛的索引是6，而不是你想象的3，因为字符串为表情符号使用更多的存储空间。
String.Index的实际值并不那么重要，只是它指向字符串中的正确字符。
暴力方法工作正常，但效率不高，尤其是在大块文本上。 事实证明，您不需要从源字符串中查看 每个 字符 —— 通常可以跳过多个字符。
这种跳过算法被称为Boyer-Moore算法，它已存在很长时间了。它被认为是所有字符串搜索算法的基准。
以下是您在Swift中编写它的方法：
extension String {
func index(of pattern: String) -> Index? {
let patternLength = pattern.count
guard patternLength > 0, patternLength <= self.count else { return nil }
var skipTable = [Character: Int]()
for (i, c) in pattern.enumerated() {
skipTable[c] = patternLength - i - 1
}
let p = pattern.index(before: pattern.endIndex)
let lastChar = pattern[p]
var i = index(startIndex, offsetBy: patternLength - 1)
func backwards() -> Index? {
var q = p
var j = i
while q > pattern.startIndex {
j = index(before: j)
q = index(before: q)
if self[j] != pattern[q] { return nil }
}
return j
}
while i < endIndex {
let c = self[i]
if c == lastChar {
if let k = backwards() { return k }
i = index(after: i)
} else {
i = index(i, offsetBy: skipTable[c] ?? patternLength, limitedBy: endIndex) ?? endIndex
}
}
return nil
}
}
复制代码该算法的工作原理如下。 让源字符与搜索模式字符头部对齐排列，并查看字符串中的哪个字符与搜索模式的 最后 字符匹配：
source string: Hello, World
search pattern: World
^
复制代码有三种可能性：
- 这两个字符是相同的。 你找到了可能的匹配。
- 字符不相等，但源字符确实有出现在搜索模式其他位置中。
- 源字符完全没有出现在搜索模式中。
在示例中，字符o和d不匹配，但o确实出现在搜索模式中。 这意味着我们可以跳过几个位置：
source string: Hello, World
search pattern: World
^
复制代码注意两个o字符现在是如何对齐的。 再次，您将搜索模式的最后一个字符与搜索文本进行比较：W vsd。 它们是不相同的，但W确实出现在搜索模式中。 因此，再次跳过一个位置，让两个W字符在相同位置：
source string: Hello, World
search pattern: World
^
复制代码这次两个字符相等并且可能匹配。 要验证匹配，您需要进行暴力搜索，但是从搜索模式的末尾开始向前搜索。 这就是它的全部。
在任何给定时间跳过的数量由“跳过表”确定，“跳过表”是搜索模式中所有字符的字典和跳过的数量。 示例中的跳过表如下所示：
W: 4
o: 3
r: 2
l: 1
d: 0
复制代码字符越接近模式的末尾，跳过量越小。 如果某个字符在模式中出现多次，则最接近该模式结尾的字符将确定该字符的跳过值。
注意： 如果搜索模式只包含几个字符，则执行暴力搜索会更快。 在构建跳过表与为短模式执行暴力搜索之间需要进行权衡。
致谢：此代码基于1989年7月Dr Dobb's杂志发表的文章"Faster String Searches" by Costas Menico —— 对 ，1989年！ 有时保留那些旧杂志是有用的。
扩展阅读：这个算法的详细分析
Boyer-Moore-Horspool 算法
上面算法的一个变体是Boyer-Moore-Horspool 算法。
像常规的Boyer-Moore算法一样，它使用skipTable来跳过许多字符。 不同之处在于我们如何检查局部匹配。在上面的版本中，如果找到了部分匹配，但不是完全匹配，我们只跳过一个字符。在这个修订版本中，我们也在那种情况下使用跳过表。
这是Boyer-Moore-Horspool算法的一个实现：
extension String {
func index(of pattern: String, usingHorspoolImprovement: Bool = false) -> Index? {
let patternLength = pattern.count
guard patternLength > 0, patternLength <= self.count else {
return nil
}
var skipTable = [Character: Int]()
for (i, c) in pattern.enumerated() {
skipTable[c] = patternLength - i - 1
}
let p = pattern.index(before: pattern.endIndex)
let lastChar = pattern[p]
var i = index(startIndex, offsetBy: patternLength - 1)
func backwards() -> Index? {
var q = p
var j = i
while q > pattern.startIndex {
j = index(before: j)
q = index(before: q)
if self[j] != pattern[q] { return nil }
}
return j
}
while i < endIndex {
let c = self[i]
if c == lastChar {
if let k = backwards() { return k }
if !usingHorspoolImprovement {
i = index(after: i)
} else {
let jumpOffset = max(skipTable[c] ?? patternLength, 1)
i = index(i, offsetBy: jumpOffset, limitedBy: endIndex) ?? endIndex
}
} else {
i = index(i, offsetBy: skipTable[c] ?? patternLength, limitedBy: endIndex) ?? endIndex
}
}
return nil
}
}
复制代码在实践中，Horspool版本的算法往往比原始版本略好一些。 但是，这取决于你愿意做出什么样的权衡。
致谢：此代码基于论文：R. N. Horspool (1980). "Practical fast searching in strings". Software - Practice & Experience 10 (6): 501–506.
作者：Matthijs Hollemans，Andreas Neusüß，Matías Mazzei
