BruteForce ve Horspool Algoritmalarının Karşılaştırılmalı Analizi
•Download as DOC, PDF•
1 like•2,634 views
BruteForce ve Horspool algoritmalarının Java Dilinde yazılmış örenekleriyle performansa dayalı karşılaştırılması.
Recommended
More Related Content
Featured
Featured (20)
BruteForce ve Horspool Algoritmalarının Karşılaştırılmalı Analizi
- 1. T.C. İSTANBUL AYDIN ÜNİVERSİTESİ -BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ YÜKSEK LİSANS-BYL563 İleri Algoritma Analizi- BRUTEFORCE VE HORSPOOL ALGORİTMALARININ KARŞILAŞTIRMALI ANALİZİ Hazırlayan: Veysi ERTEKİN (YL1213.010020)
- 2. İçindekiler İçindekiler........................................................................................................................................................................2 Problemin Tanımı............................................................................................................................................................3 Arama Algortimaları........................................................................................................................................................3 Bruteforce Search:.......................................................................................................................................................3 Horspool Search:.........................................................................................................................................................4 Algoritmaların Analizi......................................................................................................................................................5 1.Test Çıktısı................................................................................................................................................................ 5 Sonuç........................................................................................................................................................................... 7 Ekler................................................................................................................................................................................ 8 1.TestCase.java:...........................................................................................................................................................8 Main.java:....................................................................................................................................................................8 AAlgorithm.java (Abstract Class):................................................................................................................................9 BruteForce.java:..........................................................................................................................................................9 Horspool.java:...........................................................................................................................................................10 Kaynakça....................................................................................................................................................................... 11
- 3. Problemin Tanımı Oluşturulmuş bir veri havuzundan (yazı, ikilik data, veritabanında saklanan bir blok vs olabilir) verilen bir şablonun elde edilmesi gerekmektedir. Bu tür işlemlerde elde bulunan veri kümesinden belirli özelliklere sahip bir öğeyi bulmak adına arama algoritmaları kullanılır. Arama Algortimaları Bruteforce Search: Algoritma işleyiş sırası şu şekildedir: 1. Yazıdan ve şablondan birer karakter al. Yazının sonuna gelindiyse 4. adıma geç. 2. Karakterler eşleşiyorsa 4. adıma git. Eşleşmiyorsa yazının bir sonraki karakteri, şablonun ise ilk karkterini al ve 3. adımı tekrar et. 3. Şablonda bir sonraki karteri ve yazıdan bir sonraki karakteri al. Karakterler eşleşiyor ve şablonun sonuna gelindiyse 4. adıma, şablon bitmemiş ise 2. adımdan devam et. 4. Bulunan index’i (bulunmadıysa yazının son index’i) ni belirlenen şekilde çıktıya bas. En iyi n*m Ortalama n*m (Genel algoritma yapısı) do if (yazı karakteri== şablon karakteri) bir sonraki karakterlere geç else yazıyı bir artır ve şablonun başındaki karakterden tekrar başla while (yazının sonuna gelene kadar veya şablon bulunana kadar) En kötü n*m
- 4. Horspool Search: Nigel Horspool tarafından 1980’lerde bulunmuştur. Yazı tabanlı bir algoritma olmakla birlikte BruteForce algoritmasına nazaran uzun vadede daha performanslı bir algoritmadır. En iyi n Ortalama ~n En kötü n*m • Aşağıdaki gibi bir karakter kaydırma değerlerinin bulunduğu bir tablo hazırlanır: • Şablon elimizdeki yazı içerisinde şablonun son karakterinden başlayarak karşılaştırırız, karakter uyuşmazlığı oluşursa yazı içerisinden en son karşılaştırma yapmakta olduğumuz karakterin yukarıdaki kaydırma değerlikleri tablosundaki değeri kadar kaydırma yaparız(şablon içerisinde yer almayan karakterlerde şablon boyu kadar kaydırma gerçekleşir): (Genel algoritma yapısı) Horspool (P = p1p2…pm,T = t1t2…tn) Ön İşleme c ; d[c] ← m (karakter kaydırma değerliklerini şablonun boyutu olarak ata) j ; 1…m-1 ; d[pj] ← m – j (şablon içerisinde yer alan karakterlerin right-most değerliklerini bul, not: son karakter göz ardı edilir) Arama index←0 For index ≤ n-m Do j ←m for j > 0 ve (index +j) = p*j Do j ← j-1 If j = 0 -> (index+1). konumda sonuç bulundu index ← index +d[tpos+m] For Sonu
- 5. Algoritmaların Analizi Algoritmalar Java programlama dilinde soldaki resimde gözüken hiyerarşik yapıda yazıldı.(Kaynak kodlarını eklerde bulabilirsiniz) JUNIT tabanlı TestCase.java’da algoritmalara hız testi uygulanacak biçimde her biri için bir test hazırlandı. “Main.java” da ise solda belirtilen TestCase 10000000 karakterlik yazı ile 1’den 100’e kadar karakter içeren şablon yazı için tekrarlı olarak çalıştırıldı. 1. Test Çıktısı Yazı Boyutu 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 Şablon Boyutu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 BruteForce Eşleşen Konum 80 973 23407 404426 9022507 8697733 9652870 7777683 7717201 8701330 8051443 9175457 9375920 8685293 7720784 8249263 9670253 9534411 8116247 7563326 8523191 7930522 9097249 7692704 8125680 9972953 8259860 9309122 7757384 9562744 BruteForce Geçen Süre 0.015395 0.035407 0.669144 1.41526 25.066208 24.203095 26.750357 21.695859 21.269434 24.161018 22.223374 25.43824 26.022715 23.734079 21.190409 23.063909 26.437851 26.298788 22.569748 20.78143 23.24659 21.734858 24.69777 21.335117 22.399384 27.660167 22.577445 25.638368 21.227868 26.303919 Horspool Eşleşen Konum 80 973 23407 404426 9022507 8697733 9652870 7777683 7717201 8701330 8051443 9175457 9375920 8685293 7720784 8249263 9670253 9534411 8116247 7563326 8523191 7930522 9097249 7692704 8125680 9972953 8259860 9309122 7757384 9562744 Horspool Geçen Süre 0.115458 0.171904 0.738418 4.051296 64.972631 54.692242 52.700205 37.115415 34.291054 34.092979 31.13366 31.469258 31.140844 26.334709 23.170643 23.336903 26.237724 22.42812 20.727551 18.369126 19.506774 18.484072 19.564246 15.720774 17.170928 18.655975 16.56798 17.684075 15.040854 17.943214
- 6. Yazı Boyutu 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 Şablon Boyutu 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 BruteForce Eşleşen Konum 9895385 8499140 7583286 9531987 7761371 7712962 9559433 7515724 9050593 9526825 8054999 8306592 8385770 8530273 9128265 9193643 8237723 8636092 7983668 7950437 8904124 8311936 9231711 9062756 9110324 9820924 9590341 7629241 9985700 7703704 8104215 8788878 8481886 9498661 7980693 8610630 8625892 9104906 9040568 7767272 7560120 8105025 9198056 9455268 9752805 8417312 8752620 9884949 7724351 8493743 BruteForce Geçen Süre 26.885315 23.492899 20.731142 25.865692 21.084701 21.164751 25.884678 20.847113 24.96871 26.384484 22.556406 22.907912 23.07725 23.676607 25.072879 25.125734 22.903806 24.018876 22.350634 21.61786 24.447354 22.947424 25.213482 24.445814 25.15293 26.808343 26.165883 20.339611 27.63451 21.367957 22.281873 23.822853 23.539596 25.657867 22.148454 23.591937 23.588859 25.228363 24.182057 21.46289 20.852759 22.276741 25.224258 25.90777 27.049009 23.144473 23.951653 27.13727 21.230947 22.738574 Horspool Eşleşen Konum 9895385 8499140 7583286 9531987 7761371 7712962 9559433 7515724 9050593 9526825 8054999 8306592 8385770 8530273 9128265 9193643 8237723 8636092 7983668 7950437 8904124 8311936 9231711 9062756 9110324 9820924 9590341 7629241 9985700 7703704 8104215 8788878 8481886 9498661 7980693 8610630 8625892 9104906 9040568 7767272 7560120 8105025 9198056 9455268 9752805 8417312 8752620 9884949 7724351 8493743 Horspool Geçen Süre 18.245457 15.624302 12.239071 16.469455 14.335277 13.415204 16.907171 13.316167 14.006349 15.338993 12.650102 12.528486 13.873958 13.38185 13.099106 13.710777 13.670238 12.475632 12.701417 11.410851 14.550285 13.930404 14.255226 12.241124 14.234187 12.382239 12.778388 9.534786 14.018665 11.778778 11.934775 12.152862 11.731056 13.419823 11.752095 11.063451 11.895776 13.208406 10.810983 10.628302 11.014703 10.953125 12.262162 12.892821 14.155675 11.587888 11.165567 11.58019 10.971598 9.792899
- 7. Yazı Boyutu 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 10000000 Şablon Boyutu 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 BruteForce Eşleşen Konum 8728844 9614302 8294439 7770644 8285835 9872020 9612393 9554464 8443063 8338894 8431209 9056025 8174466 7963535 7525507 8614163 9589647 8685110 9375489 7595301 BruteForce Geçen Süre 23.997836 26.811422 23.162433 21.387457 22.852492 26.732911 26.128423 25.821049 23.362561 22.852492 22.93357 24.866082 22.633892 22.167955 20.973348 23.963455 26.58769 23.649409 25.935993 20.566422 Horspool Eşleşen Konum 8728844 9614302 8294439 7770644 8285835 9872020 9612393 9554464 8443063 8338894 8431209 9056025 8174466 7963535 7525507 8614163 9589647 8685110 9375489 7595301 Horspool Geçen Süre 12.528999 12.248308 11.153765 9.480392 10.3784 11.938367 15.833154 11.757739 12.015339 10.365571 12.720403 12.118482 10.285007 11.269223 11.210724 10.293217 13.713343 10.674486 10.733497 9.549155 Sonuç BruteForce algoritması sürekli aynı karmaşıklıkta veri ararken, Horspool algoritması ilk aşamalarda yüksek karmaşıklıkta arama yapmasının ardından yazı şablonunun boyutunun birkaç karakter artmasından sonra yaklaşık %50 oranında daha az kaynak tüketimi ile daha performanslı olarak çalışmıştır.
- 8. Ekler 1. TestCase.java: package com.hw02; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import import import import import org.junit.After; org.junit.Before; org.junit.Rule; org.junit.Test; org.junit.rules.TestName; public class TestCase { AAlgorithm algorithm; @Rule public TestName name = new TestName(); // Çalıştırılan her algoritmanın adını almak için “Kural” tanımladık public static char[] text; // Yazı ‘Main’ sınıfında oluşturuluyor public static char[] pattern; // Yazı ‘Main’ sınıfında oluşturuluyor public static Map<String, Double> map = new HashMap<String, Double>(); long start; @Before public void setUp() throws Exception { // burası her algoritma başlamadan önce çalışıyor algorithm = createObject(Class.forName("com.hw02.algorithm." + name.getMethodName())); // Hangi algoritma çalıştırılacağını belirledik start = System.nanoTime(); // başlangıç saatini aldık } @After public void tearDown() throws Exception { // burası her algoritma bitince çalışıyor double duration = (System.nanoTime() - start) / 1000000D; map.put(name.getMethodName(), duration); } @Test public void BruteForce() { exec(); } @Test public void Horspool() { exec(); } private void exec() { try { // Elimizdek yazı içinde şablonu belirlenmiş algoritma ile çalıştırıyoruz ve bulunan index’i saklıyoruz map.put(name.getMethodName() + "_INDEX", Double.valueOf(algorithm.sort(text, pattern))); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); // hata alırsak loga basıyoruz } } kısım public static AAlgorithm createObject(Class<?> klass) { // algoritmaların Sınıf’ı ile nesnesini oluşturan try { } return (AAlgorithm) klass.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace();// Hata alırsak görmek adına loga basıyoruz return null; } } Main.java: package com.hw02; import import import import import import java.io.File; java.io.FileNotFoundException; java.io.PrintWriter; java.io.UnsupportedEncodingException; java.security.SecureRandom; java.util.Arrays; import org.junit.runner.JUnitCore;
- 9. public class Main { private static SecureRandom random = new SecureRandom(); public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, UnsupportedEncodingException { int patternSize = 1; // Şablonun başlangıç boyutu final int textSize = 10000000; // Yazı boyutu final int MAX_PATTERN_SIZE = 100; // En fazla şablon boyutu int startIndex; // Başlangıç konumu char line = '0'; // ilk test çalıştırılmasında ilk başa “enter” basmayacağız sonrasında her test çalıştırılmasından sonra StringBuilder builder = new StringBuilder(); TestCase.text = generateArray(textSize); for (; patternSize <= MAX_PATTERN_SIZE; patternSize++) { startIndex = (TestCase.text.length / 4) * 3 + random.nextInt((TestCase.text.length / 4) patternSize); // Şablonun yazıda olduğundan emin olmak adına, // bi altta elimizdeki yazıyı 4’e böldüğümüzdeki son çeyreğinden örnek şablon aldık TestCase.pattern = Arrays.copyOfRange(TestCase.text, startIndex, startIndex + patternSize); JUnitCore.runClasses(TestCase.class); // Testi çalıştır // Aşağıdaki gibi sırasıyla “TestCase” sınıfında oluşan test çıktılarını önbelleğe al if (line == 'n') builder.append(line); builder.append(textSize); builder.append('t'); // her bir veri kolonu arasına “tab” karakteri koyduk builder.append(patternSize); builder.append('t'); builder.append(TestCase.map.get("BruteForce_INDEX").intValue()); builder.append('t'); builder.append(TestCase.map.get("BruteForce")); builder.append('t'); builder.append(TestCase.map.get("Horspool_INDEX").intValue()); builder.append('t'); builder.append(TestCase.map.get("Horspool")); line = 'n'; TestCase.map.clear(); System.gc(); } PrintWriter print = new PrintWriter(System.getProperty("user.home") + File.separator + "Desktop" + File.separator + "out.txt", "UTF-8"); // Masaüstünde bir “out.txt” adında bir dosya oluşturduk print.print(builder); // Testlerden elde ettiğimiz veriyi dosyaya yazdık print.close(); // dosyayı kapattık } } public static char[] generateArray(int size) { char[] array = new char[size]; for (int i = size - 1, j = 0; i >= 0; i--, j++) { array[j] = AAlgorithm.ALPHABET[random.nextInt(AAlgorithm.ALPHABET.length)]; } return array; } AAlgorithm.java (Abstract Class): package com.hw02; public abstract class AAlgorithm { public static final char[] ALPHABET = "abcçdefgğhıijklmnoöprsştuüvyz".toCharArray(); } /** * bulunan index’i döndürür */ public abstract int sort(char[] text, char[] pattern); BruteForce.java: package com.hw02.algorithm; import com.hw02.AAlgorithm; public class BruteForce extends AAlgorithm { @Override public int sort(char[] text, char[] pattern) {
- 10. int i, j; for (i = 0, j = 0; i < text.length && j < pattern.length; i++) { // yazı boyutu kadar gitmeliyiz, şablon boyutu kadar kontrol ettiysek demekki sonuca ulaşmışız. if (text[i] == pattern[j]) // eşleşen karakter varsa bir sonrakini kontrol et j++; else { i -= j; j = 0; } } if (j == pattern.length) return i - pattern.length; else return -1; } } Horspool.java: package com.hw02.algorithm; import com.hw02.AAlgorithm; public class Horspool extends AAlgorithm { private static int[] shiftTable = new int[ALPHABET.length]; @Override public int sort(char[] text, char[] pattern) { prepareTable(pattern); // kaydırma boyutlarının tutulduğu tabloyu oluştur // şablonun boyutuyla başla int i = pattern.length - 1, k; // bulundu mu? isMatch: while (i < text.length) { k = i; for (int j = pattern.length - 1; j >= 0; j--) { if (pattern[j] == text[k]) {// karakter uyuşuyorsa bir sonrakine geç k--; continue; } else { i += shiftTable[getCharIndex(text[i])]; // karakterin kaydırma değerliği kadar kaydır continue isMatch; } } return k + 1; // yukarıdaki “for” döngüsünde eğer “j” sıfırandıysa buraya gelecek ve şablonun tamamen eşleşmiş olduğu anlaşılacak, bu yüzden bulduğumuz konumu döndürüyoruz. } return -1; } public void prepareTable(char[] pattern) { for (int i = 0; i < shiftTable.length; i++) { shiftTable[i] = pattern.length; // ilk başta bütün karakter değerliklerini şablon byutu yap } for (char c : pattern) { shiftTable[getCharIndex(c)] = shiftCount(c, pattern); // şablon karakterlerini sırasıyla değerliklerini hesapla } } private Integer shiftCount(char c, char[] pattern) { for (int i = pattern.length - 2/* şablonun son karakterini yoksay */; i >= 0; i--) { if (pattern[i] == c) return pattern.length - 1 - i; // m-1-n formülüyle right-most index’i bul } return pattern.length; } } public int getCharIndex(char i) { // karakterin alfabedeki konumunu bul int j = 0; for (char ch : ALPHABET) { if (ch == i) return j; j++; } return -1; }
- 11. Kaynakça 1. http://en.wikipedia.org/wiki/Search_algorithms 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Category:Search_algorithms 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_search 4. http://en.wikipedia.org/wiki/Brute-force_search 5. http://en.wikipedia.org/wiki/Boyer%E2%80%93Moore_string_search_algorithm 6. http://alg.csie.ncnu.edu.tw/course/StringMatching/Horspool.ppt 7. String matching Boyer Moore's and Horspool Algorithm, https://www.youtube.com/watch? v=rDPuaNw9_Eo