ఇంజన్‌ను ఆవిష్కరించడం: పైథాన్ యొక్క రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్ ప్యాటర్న్ మ్యాచింగ్ అల్గోరిథంలలో లోతైన విశ్లేషణ

రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్స్, లేదా రెగెక్స్, ఆధునిక సాఫ్ట్‌వేర్ అభివృద్ధికి ఒక మూలస్తంభం. ప్రపంచవ్యాప్తంగా లెక్కలేనన్ని ప్రోగ్రామర్‌ల కోసం, అవి టెక్స్ట్ ప్రాసెసింగ్, డేటా ధ్రువీకరణ మరియు లాగ్ పార్సింగ్ కోసం ఉపయోగించే సాధనం. సాధారణ స్ట్రింగ్ పద్ధతులు సరిపోల్చలేని ఖచ్చితత్వంతో సమాచారాన్ని కనుగొనడానికి, భర్తీ చేయడానికి మరియు సంగ్రహించడానికి మేము వాటిని ఉపయోగిస్తాము. అయినప్పటికీ, చాలా మందికి, రెగెక్స్ ఇంజన్ ఒక బ్లాక్ బాక్స్‌గా మిగిలిపోయింది—ఒక గూఢమైన నమూనాను మరియు ఒక స్ట్రింగ్‌ను అంగీకరించి, ఏదో ఒకవిధంగా ఫలితాన్ని ఉత్పత్తి చేసే ఒక మాయా సాధనం. ఈ అవగాహన లోపం సమర్థవంతం కాని కోడ్‌కు మరియు కొన్ని సందర్భాల్లో, వినాశకరమైన పనితీరు సమస్యలకు దారితీస్తుంది.

ఈ వ్యాసం పైథాన్ యొక్క re మాడ్యూల్‌పై తెరను తొలగిస్తుంది. మేము దాని ప్యాటర్న్ మ్యాచింగ్ ఇంజన్ యొక్క కేంద్రంలోకి ప్రయాణిస్తాము, దానికి శక్తినిచ్చే ప్రాథమిక అల్గోరిథంలను అన్వేషిస్తాము. ఇంజన్ ఎలా పనిచేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, మీరు మరింత సమర్థవంతమైన, దృఢమైన మరియు ఊహాజనిత రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌లను వ్రాయడానికి, ఈ శక్తివంతమైన సాధనం యొక్క మీ వినియోగాన్ని ఊహాగానాల నుండి విజ్ఞాన శాస్త్రంగా మార్చడానికి అధికారం పొందుతారు.

రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్స్ యొక్క మూలం: రెగెక్స్ ఇంజన్ అంటే ఏమిటి?

దాని ప్రధానంగా, ఒక రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్ ఇంజన్ అనేది రెండు ఇన్‌పుట్‌లను తీసుకునే సాఫ్ట్‌వేర్ భాగం: ఒక ప్యాటర్న్ (రెగెక్స్) మరియు ఒక ఇన్‌పుట్ స్ట్రింగ్. స్ట్రింగ్‌లో ప్యాటర్న్ కనుగొనబడుతుందో లేదో నిర్ణయించడం దీని పని. అది కనుగొనబడితే, ఇంజన్ విజయవంతమైన మ్యాచ్‌ను నివేదిస్తుంది మరియు తరచుగా సరిపోలిన టెక్స్ట్ యొక్క ప్రారంభ మరియు ముగింపు స్థానాలు మరియు సంగ్రహించబడిన సమూహాల వంటి వివరాలను అందిస్తుంది.

లక్ష్యం సులభం అయినప్పటికీ, అమలు అంత సులభం కాదు. రెగెక్స్ ఇంజన్‌లు సాధారణంగా సిద్ధాంతపరమైన కంప్యూటర్ సైన్స్, ప్రత్యేకించి ఫైనైట్ ఆటోమాటా సిద్ధాంతంలో పాతుకుపోయిన రెండు ప్రాథమిక అల్గోరిథమిక్ విధానాలలో ఒకదానిపై నిర్మించబడతాయి.

• టెక్స్ట్-డైరెక్టెడ్ ఇంజన్‌లు (DFA-ఆధారిత): డిటర్మినిస్టిక్ ఫైనైట్ ఆటోమాటా (DFA) ఆధారంగా రూపొందించబడిన ఈ ఇంజన్‌లు ఇన్‌పుట్ స్ట్రింగ్‌ను ఒక అక్షరం చొప్పున ప్రాసెస్ చేస్తాయి. అవి చాలా వేగంగా ఉంటాయి మరియు ఊహాజనిత, లీనియర్-టైమ్ పనితీరును అందిస్తాయి. అవి ఎప్పుడూ బ్యాక్‌ట్రాక్ చేయాల్సిన అవసరం లేదు లేదా స్ట్రింగ్ భాగాలను తిరిగి మూల్యాంకనం చేయాల్సిన అవసరం లేదు. అయినప్పటికీ, ఈ వేగం ఫీచర్ల ఖర్చుతో వస్తుంది; DFA ఇంజన్‌లు బ్యాక్‌రెఫరెన్స్‌లు లేదా లేజీ క్వాంటిఫైయర్‌ల వంటి అధునాతన నిర్మాణాలకు మద్దతు ఇవ్వలేవు. grep మరియు lex వంటి సాధనాలు తరచుగా DFA-ఆధారిత ఇంజన్‌లను ఉపయోగిస్తాయి.
• రెగెక్స్-డైరెక్టెడ్ ఇంజన్‌లు (NFA-ఆధారిత): నాన్‌డిటర్మినిస్టిక్ ఫైనైట్ ఆటోమాటా (NFA) ఆధారంగా రూపొందించబడిన ఈ ఇంజన్‌లు ప్యాటర్న్-ఆధారితంగా ఉంటాయి. అవి ప్యాటర్న్ ద్వారా కదులుతాయి, దాని భాగాలను స్ట్రింగ్‌కు సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. ఈ విధానం మరింత సరళమైనది మరియు శక్తివంతమైనది, క్యాప్చరింగ్ గ్రూపులు, బ్యాక్‌రెఫరెన్స్‌లు మరియు లుక్‌అరౌండ్‌లతో సహా అనేక రకాల ఫీచర్లకు మద్దతు ఇస్తుంది. పైథాన్, పెర్ల్, జావా మరియు జావాస్క్రిప్ట్‌తో సహా చాలా ఆధునిక ప్రోగ్రామింగ్ భాషలు NFA-ఆధారిత ఇంజన్‌లను ఉపయోగిస్తాయి.

పైథాన్ యొక్క re మాడ్యూల్ బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ అనే కీలకమైన మెకానిజంపై ఆధారపడే సాంప్రదాయ NFA-ఆధారిత ఇంజన్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. ఈ డిజైన్ ఎంపిక దాని శక్తికి మరియు దాని సంభావ్య పనితీరు లోపాలకు కీలకం.

రెండు ఆటోమాటా కథ: NFA వర్సెస్ DFA

పైథాన్ యొక్క రెగెక్స్ ఇంజన్ ఎలా పనిచేస్తుందో నిజంగా గ్రహించడానికి, రెండు ప్రధాన మోడల్‌లను పోల్చడం సహాయకరంగా ఉంటుంది. వాటిని ఒక చిట్టడవిని (ఇన్‌పుట్ స్ట్రింగ్) మ్యాప్ (రెగెక్స్ ప్యాటర్న్) ఉపయోగించి నావిగేట్ చేయడానికి రెండు వేర్వేరు వ్యూహాలుగా ఆలోచించండి.

డిటర్మినిస్టిక్ ఫైనైట్ ఆటోమాటా (DFA): అచంచలమైన మార్గం

ఇన్‌పుట్ స్ట్రింగ్‌ను అక్షరం చొప్పున చదివే యంత్రాన్ని ఊహించుకోండి. ఏ సమయంలోనైనా, అది ఖచ్చితంగా ఒక స్థితిలో ఉంటుంది. అది చదివే ప్రతి అక్షరానికి, ఒకే ఒక తదుపరి స్థితి ఉంటుంది. అస్పష్టత లేదు, ఎంపిక లేదు, తిరిగి వెళ్ళడం లేదు. ఇది ఒక DFA.

• ఇది ఎలా పనిచేస్తుంది: ఒక DFA-ఆధారిత ఇంజన్ ఒక స్టేట్ మెషీన్‌ను నిర్మిస్తుంది, ఇక్కడ ప్రతి స్టేట్ రెగెక్స్ ప్యాటర్న్‌లో సాధ్యమయ్యే స్థానాల సమితిని సూచిస్తుంది. ఇది ఇన్‌పుట్ స్ట్రింగ్‌ను ఎడమ నుండి కుడికి ప్రాసెస్ చేస్తుంది. ప్రతి అక్షరాన్ని చదివిన తర్వాత, అది ఒక డిటర్మినిస్టిక్ ట్రాన్సిషన్ టేబుల్ ఆధారంగా దాని ప్రస్తుత స్థితిని అప్‌డేట్ చేస్తుంది. అది ఒక "అంగీకరించే" స్థితిలో ఉండగా స్ట్రింగ్ చివరకు చేరుకుంటే, మ్యాచ్ విజయవంతమవుతుంది.
• బలాలు:
  • వేగం: DFAs స్ట్రింగ్‌లను లీనియర్ టైమ్, O(n)లో ప్రాసెస్ చేస్తాయి, ఇక్కడ n స్ట్రింగ్ పొడవు. ప్యాటర్న్ యొక్క సంక్లిష్టత శోధన సమయాన్ని ప్రభావితం చేయదు.
  • ఊహాజనిత: పనితీరు స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు ఎప్పుడూ ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ టైమ్‌కు క్షీణించదు.
• బలహీనతలు:
  • పరిమిత ఫీచర్‌లు: DFAs యొక్క డిటర్మినిస్టిక్ స్వభావం మునుపటి మ్యాచ్‌ను గుర్తుంచుకోవాల్సిన ఫీచర్లను అమలు చేయడం అసాధ్యం చేస్తుంది, బ్యాక్‌రెఫరెన్స్‌లు (ఉదాహరణకు, (\w+)\s+\1). లేజీ క్వాంటిఫైయర్‌లు మరియు లుక్‌అరౌండ్‌లు కూడా సాధారణంగా మద్దతు ఇవ్వబడవు.
  • స్టేట్ ఎక్స్‌ప్లోషన్: సంక్లిష్ట ప్యాటర్న్‌ను DFAలోకి కంపైల్ చేయడం కొన్నిసార్లు అంకెలు అధిక సంఖ్యలో స్టేట్‌లకు దారితీస్తుంది, ఇది గణనీయమైన మెమరీని వినియోగిస్తుంది.

నాన్‌డిటర్మినిస్టిక్ ఫైనైట్ ఆటోమాటా (NFA): అవకాశాల మార్గం

ఇప్పుడు, వేరే రకం యంత్రాన్ని ఊహించుకోండి. అది ఒక అక్షరాన్ని చదివినప్పుడు, దానికి బహుళ తదుపరి స్థితులు ఉండవచ్చు. యంత్రం అన్ని మార్గాలను ఏకకాలంలో అన్వేషించడానికి తనను తాను క్లోన్ చేయగలదు. ఒక NFA ఇంజన్ ఈ ప్రక్రియను అనుకరిస్తుంది, సాధారణంగా ఒకేసారి ఒక మార్గాన్ని ప్రయత్నిస్తుంది మరియు అది విఫలమైతే బ్యాక్‌ట్రాక్ చేస్తుంది. ఇది ఒక NFA.

• ఇది ఎలా పనిచేస్తుంది: ఒక NFA ఇంజన్ రెగెక్స్ ప్యాటర్న్ ద్వారా నడుస్తుంది, మరియు ప్యాటర్న్‌లోని ప్రతి టోకెన్‌కు, అది స్ట్రింగ్‌లోని ప్రస్తుత స్థానానికి దాన్ని సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. ఒక టోకెన్ బహుళ అవకాశాలను అనుమతిస్తే (| ప్రత్యామ్నాయం లేదా * క్వాంటిఫైయర్ వంటివి), ఇంజన్ ఒక ఎంపికను చేస్తుంది మరియు ఇతర అవకాశాలను తరువాత కోసం సేవ్ చేస్తుంది. ఎంచుకున్న మార్గం పూర్తి మ్యాచ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడంలో విఫలమైతే, ఇంజన్ చివరి ఎంపిక స్థానానికి బ్యాక్‌ట్రాక్ చేస్తుంది మరియు తదుపరి ప్రత్యామ్నాయాన్ని ప్రయత్నిస్తుంది.
• బలాలు:
  • శక్తివంతమైన ఫీచర్‌లు: ఈ మోడల్ క్యాప్చరింగ్ గ్రూపులు, బ్యాక్‌రెఫరెన్స్‌లు, లుక్‌అహెడ్‌లు, లుక్‌బిహైండ్‌లు మరియు గ్రీడీ, లేజీ క్వాంటిఫైయర్‌లతో సహా అనేక రకాల ఫీచర్లకు మద్దతు ఇస్తుంది.
  • వ్యక్తీకరణ సామర్థ్యం: NFA ఇంజన్‌లు మరింత వైవిధ్యమైన సంక్లిష్ట ప్యాటర్న్‌లను నిర్వహించగలవు.
• బలహీనతలు:
  • పనితీరు వైవిధ్యం: ఉత్తమ సందర్భంలో, NFA ఇంజన్‌లు వేగంగా ఉంటాయి. చెత్త సందర్భంలో, బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ మెకానిజం ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ టైమ్ కాంప్లెక్సిటీ, O(2^n)కి దారితీయవచ్చు, దీనిని "వినాశకరమైన బ్యాక్‌ట్రాకింగ్" అని పిలుస్తారు.

పైథాన్ యొక్క re మాడ్యూల్ యొక్క హృదయం: బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ NFA ఇంజన్

పైథాన్ యొక్క రెగెక్స్ ఇంజన్ బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ NFAకి ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ. ఈ మెకానిజంను అర్థం చేసుకోవడం పైథాన్‌లో సమర్థవంతమైన రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌లను వ్రాయడానికి అత్యంత ముఖ్యమైన భావన. ఒక అనలాజీని ఉపయోగిద్దాం: మీరు ఒక చిట్టడవిలో ఉన్నారని మరియు ఆదేశాల సమితి (ప్యాటర్న్) మీ వద్ద ఉందని ఊహించుకోండి. మీరు ఒక మార్గాన్ని అనుసరిస్తారు. మీరు ఒక డెడ్ ఎండ్‌ను ఎదుర్కొంటే, మీరు ఎంపిక చేసుకున్న చివరి కూడలికి మీ అడుగులను వెనక్కి తీసుకువెళ్లి వేరే మార్గాన్ని ప్రయత్నిస్తారు. ఈ "వెనక్కి తీసుకువెళ్లి మళ్ళీ ప్రయత్నించండి" ప్రక్రియే బ్యాక్‌ట్రాకింగ్.

దశలవారీ బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ ఉదాహరణ

ఇంజన్ ఒక సాధారణ ప్యాటర్న్‌ను ఎలా నిర్వహిస్తుందో చూద్దాం. ఈ ఉదాహరణ గ్రీడీ మ్యాచింగ్ మరియు బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ యొక్క ప్రధాన భావనను ప్రదర్శిస్తుంది.

• ప్యాటర్న్: a.*b
• స్ట్రింగ్: axbyc_bzd

లక్ష్యం 'a'తో మొదలై, 'b'తో ముగిసి, మధ్యలో ఏదైనా ఉన్న సబ్‌స్ట్రింగ్‌ను కనుగొనడం.

1. ఇంజన్ స్ట్రింగ్ యొక్క మొదటి అక్షరం వద్ద మొదలవుతుంది. ప్యాటర్న్ యొక్క మొదటి భాగం a. ఇది స్ట్రింగ్ ప్రారంభంలో ఉన్న 'a'తో సరిపోలుతుంది. ఇంజన్ స్థానం ఇప్పుడు 'a' తర్వాత ఉంది.
2. తరువాత .*. * క్వాంటిఫైయర్ డిఫాల్ట్‌గా గ్రీడీగా ఉంటుంది. ఇది ఒక కీలకమైన అంశం. ఒక గ్రీడీ క్వాంటిఫైయర్ వీలైనన్ని ఎక్కువ అక్షరాలను సరిపోలుతుంది. కాబట్టి, .* స్ట్రింగ్ యొక్క మిగిలిన భాగాన్ని మొత్తాన్ని వినియోగిస్తుంది: xbyc_bzd.
3. ఇంజన్ ఇప్పుడు ప్యాటర్న్ యొక్క .* భాగం చివరికి చేరుకుంది మరియు తదుపరి టోకెన్‌ను సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తుంది: b. అయితే, అది ఇప్పటికే స్ట్రింగ్ చివరకు చేరుకుంది. సరిపోల్చడానికి ఎటువంటి అక్షరాలు మిగిలిలేవు. ఈ స్థానం వద్ద మ్యాచ్ విఫలమవుతుంది.
4. బ్యాక్‌ట్రాక్! ఇంజన్ తన చివరి ఎంపికను తిరిగి పరిశీలించాలి. చివరి ప్రధాన ఎంపిక గ్రీడీ .* ఎన్ని అక్షరాలను వినియోగించాలి అనేది. అది చాలా గ్రీడీగా ఉంది. కాబట్టి, అది బ్యాక్‌ట్రాక్ చేస్తుంది: .* ఒక అక్షరాన్ని తిరిగి ఇస్తుంది.
   • .* ద్వారా వినియోగించబడిన స్ట్రింగ్ ఇప్పుడు xbyc_bz.
   • తిరిగి ఇవ్వబడిన అక్షరం d.
   • ఇంజన్ bను dకు సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. ఇది విఫలమవుతుంది.
5. మళ్లీ బ్యాక్‌ట్రాక్! .* మరొక అక్షరాన్ని తిరిగి ఇస్తుంది.
   • .* ద్వారా వినియోగించబడిన స్ట్రింగ్ ఇప్పుడు xbyc_b.
   • తిరిగి ఇవ్వబడిన అక్షరం z.
   • ఇంజన్ bను zకు సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. ఇది విఫలమవుతుంది.
6. మళ్లీ బ్యాక్‌ట్రాక్! .* మరొక అక్షరాన్ని తిరిగి ఇస్తుంది.
   • .* ద్వారా వినియోగించబడిన స్ట్రింగ్ ఇప్పుడు xbyc_.
   • తిరిగి ఇవ్వబడిన అక్షరం b.
   • ఇంజన్ bను bకు సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. విజయం!
7. మొత్తం ప్యాటర్న్ a.*b ఇప్పుడు సరిపోలింది. చివరి మ్యాచ్ axbyc_b.

ఈ సాధారణ ఉదాహరణ ఇంజన్ యొక్క ట్రయల్-అండ్-ఎర్రర్ స్వభావాన్ని చూపుతుంది. సంక్లిష్ట ప్యాటర్న్‌లు మరియు పొడవైన స్ట్రింగ్‌ల కోసం, వినియోగించడం మరియు తిరిగి ఇవ్వడం అనే ఈ ప్రక్రియ వేల లేదా మిలియన్ల సార్లు జరగవచ్చు, ఇది తీవ్రమైన పనితీరు సమస్యలకు దారితీస్తుంది.

బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ ప్రమాదం: వినాశకరమైన బ్యాక్‌ట్రాకింగ్

వినాశకరమైన బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ అనేది ఒక నిర్దిష్ట, చెత్త-కేసు దృశ్యం, ఇక్కడ ఇంజన్ ప్రయత్నించాల్సిన పర్ముటేషన్‌ల సంఖ్య విపరీతంగా పెరుగుతుంది. ఇది ఒక ప్రోగ్రామ్‌ను నిలిపివేయడానికి కారణం కావచ్చు, CPU కోర్‌ను సెకన్లు, నిమిషాలు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కాలం 100% వినియోగించి, ప్రభావవంతంగా రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్ డినయల్ ఆఫ్ సర్వీస్ (ReDoS) బలహీనతను సృష్టిస్తుంది.

ఈ పరిస్థితి సాధారణంగా అతివ్యాప్తి చెందుతున్న అక్షర సమితితో నేస్టెడ్ క్వాంటిఫైయర్‌లు ఉన్న ప్యాటర్న్ నుండి ఉత్పన్నమవుతుంది, ఇది దాదాపు, కానీ పూర్తిగా కాదు, సరిపోలని స్ట్రింగ్‌కు వర్తింపజేయబడుతుంది.

క్లాసిక్ పాథోలాజికల్ ఉదాహరణను పరిశీలించండి:

• ప్యాటర్న్: (a+)+z
• స్ట్రింగ్: aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaz (25 'a'లు మరియు ఒక 'z')

ఇది చాలా త్వరగా సరిపోలుతుంది. బయటి (a+)+ ఒకేసారి అన్ని 'a'లను సరిపోలుస్తుంది, ఆపై z, 'z'తో సరిపోలుతుంది.

అయితే ఇప్పుడు ఈ స్ట్రింగ్‌ను పరిశీలించండి:

• స్ట్రింగ్: aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaab (25 'a'లు మరియు ఒక 'b')

ఇది ఎందుకు వినాశకరమైనదో ఇక్కడ ఉంది:

1. లోపలి a+ ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ 'a'లను సరిపోల్చగలదు.
2. బయటి + క్వాంటిఫైయర్ (a+) సమూహం ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ సార్లు పునరావృతం కావచ్చని చెబుతుంది.
3. 25 'a'ల స్ట్రింగ్‌ను సరిపోల్చడానికి, ఇంజన్‌కు దాన్ని విభజించడానికి చాలా, చాలా మార్గాలు ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు:
   • బయటి సమూహం ఒకసారి సరిపోలుతుంది, లోపలి a+ అన్ని 25 'a'లను సరిపోలుస్తుంది.
   • బయటి సమూహం రెండుసార్లు సరిపోలుతుంది, లోపలి a+ 1 'a' ఆపై 24 'a'లను సరిపోలుస్తుంది.
   • లేదా 2 'a'లు ఆపై 23 'a'లు.
   • లేదా బయటి సమూహం 25 సార్లు సరిపోలుతుంది, లోపలి a+ ప్రతిసారీ ఒక 'a'ను సరిపోలుస్తుంది.

ఇంజన్ మొదట అత్యంత గ్రీడీ మ్యాచ్‌ను ప్రయత్నిస్తుంది: బయటి సమూహం ఒకసారి సరిపోలుతుంది, మరియు లోపలి a+ అన్ని 25 'a'లను వినియోగిస్తుంది. ఆపై అది zను bకు సరిపోల్చడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. అది విఫలమవుతుంది. కాబట్టి, అది బ్యాక్‌ట్రాక్ చేస్తుంది. ఇది 'a'ల యొక్క తదుపరి సాధ్యమయ్యే విభజనను ప్రయత్నిస్తుంది. ఆపై తదుపరి. ఆపై తదుపరి. 'a'ల స్ట్రింగ్‌ను విభజించే మార్గాల సంఖ్య విపరీతంగా ఉంటుంది. స్ట్రింగ్ సరిపోలడం లేదని నిర్ధారించడానికి ఇంజన్ ప్రతి ఒక్కదాన్ని ప్రయత్నించవలసి వస్తుంది. కేవలం 25 'a'లతో, ఇది మిలియన్ల దశలను తీసుకోవచ్చు.

వినాశకరమైన బ్యాక్‌ట్రాకింగ్‌ను గుర్తించడం మరియు నివారించడం ఎలా

సమర్థవంతమైన రెగెక్స్‌ను వ్రాయడానికి కీలకం ఇంజన్‌ను మార్గనిర్దేశం చేయడం మరియు అది తీసుకోవలసిన బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ దశల సంఖ్యను తగ్గించడం.

1. అతివ్యాప్తి చెందుతున్న ప్యాటర్న్‌లతో నేస్టెడ్ క్వాంటిఫైయర్‌లను నివారించండి
వినాశకరమైన బ్యాక్‌ట్రాకింగ్‌కు ప్రాథమిక కారణం (a*)*, (a+|b+)*, లేదా (a+)+ వంటి ప్యాటర్న్. ఈ నిర్మాణాల కోసం మీ ప్యాటర్న్‌లను నిశితంగా పరిశీలించండి. తరచుగా, దీన్ని సరళీకరించవచ్చు. ఉదాహరణకు, (a+)+ అనేది మరింత సురక్షితమైన a+కు క్రియాత్మకంగా సమానమైనది. (a|b)+ ప్యాటర్న్ (a+|b+)* కంటే చాలా సురక్షితమైనది.

2. గ్రీడీ క్వాంటిఫైయర్‌లను లేజీగా (నాన్-గ్రీడీ) చేయండి
డిఫాల్ట్‌గా, క్వాంటిఫైయర్‌లు (*, +, {m,n}) గ్రీడీగా ఉంటాయి. ?ని జోడించడం ద్వారా మీరు వాటిని లేజీగా చేయవచ్చు. ఒక లేజీ క్వాంటిఫైయర్ వీలైనంత తక్కువ అక్షరాలను సరిపోలుతుంది, మిగిలిన ప్యాటర్న్ విజయవంతం కావడానికి అవసరమైతే మాత్రమే దాని మ్యాచ్‌ను విస్తరిస్తుంది.

• గ్రీడీ: "<h1>Title 1</h1> <h1>Title 2</h1>" అనే స్ట్రింగ్‌పై <h1>.*</h1> మొదటి <h1> నుండి చివరి </h1> వరకు మొత్తం స్ట్రింగ్‌ను సరిపోలుతుంది.
• లేజీ: అదే స్ట్రింగ్‌పై <h1>.*?</h1> మొదట "<h1>Title 1</h1>"ను సరిపోలుతుంది. ఇది తరచుగా కావలసిన ప్రవర్తన మరియు బ్యాక్‌ట్రాకింగ్‌ను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.

3. పొసెసివ్ క్వాంటిఫైయర్‌లు మరియు అటామిక్ గ్రూపులను ఉపయోగించండి (సాధ్యమైనప్పుడు)
కొన్ని అధునాతన రెగెక్స్ ఇంజన్‌లు బ్యాక్‌ట్రాకింగ్‌ను స్పష్టంగా నిషేధించే ఫీచర్లను అందిస్తాయి. పైథాన్ యొక్క స్టాండర్డ్ re మాడ్యూల్ వాటికి మద్దతు ఇవ్వనప్పటికీ, అద్భుతమైన థర్డ్-పార్టీ regex మాడ్యూల్ ఇస్తుంది, మరియు ఇది సంక్లిష్ట ప్యాటర్న్ మ్యాచింగ్ కోసం విలువైన సాధనం.

• పొసెసివ్ క్వాంటిఫైయర్‌లు (*+, ++, ?+): ఇవి గ్రీడీ క్వాంటిఫైయర్‌ల వలె ఉంటాయి, కానీ అవి సరిపోలిన తర్వాత, అవి ఎప్పుడూ ఎటువంటి అక్షరాలను తిరిగి ఇవ్వవు. ఇంజన్ వాటిలోకి బ్యాక్‌ట్రాక్ చేయడానికి అనుమతించబడదు. (a++)+z ప్యాటర్న్ మన సమస్యగల స్ట్రింగ్‌పై దాదాపు తక్షణమే విఫలమవుతుంది ఎందుకంటే a++ అన్ని 'a'లను వినియోగిస్తుంది మరియు బ్యాక్‌ట్రాక్ చేయడానికి నిరాకరిస్తుంది, ఇది మొత్తం మ్యాచ్ విఫలమవడానికి కారణమవుతుంది.
• అటామిక్ గ్రూపులు (?>...): ఒక అటామిక్ గ్రూప్ అనేది నాన్-క్యాప్చరింగ్ గ్రూప్, ఇది ఒకసారి నిష్క్రమించిన తర్వాత, దానిలోని అన్ని బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ స్థానాలను విస్మరిస్తుంది. ఇంజన్ విభిన్న పర్ముటేషన్‌లను ప్రయత్నించడానికి గ్రూప్‌లోకి బ్యాక్‌ట్రాక్ చేయదు. (?>a+)z, a++z వలెనే ప్రవర్తిస్తుంది.

మీరు పైథాన్‌లో సంక్లిష్ట రెగెక్స్ సవాళ్లను ఎదుర్కొంటున్నట్లయితే, re మాడ్యూల్‌కు బదులుగా regex మాడ్యూల్‌ను ఇన్‌స్టాల్ చేసి ఉపయోగించడం చాలా సిఫార్సు చేయబడింది.

లోపలికి తొంగి చూడటం: పైథాన్ రెగెక్స్ ప్యాటర్న్‌లను ఎలా కంపైల్ చేస్తుంది

మీరు పైథాన్‌లో రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌ను ఉపయోగించినప్పుడు, ఇంజన్ నేరుగా రా ప్యాటర్న్ స్ట్రింగ్‌తో పని చేయదు. ఇది మొదట కంపైలేషన్ స్టెప్‌ను నిర్వహిస్తుంది, ఇది ప్యాటర్న్‌ను మరింత సమర్థవంతమైన, లో-లెవెల్ ప్రాతినిధ్యంలోకి మారుస్తుంది—బైట్‌కోడ్ లాంటి సూచనల క్రమం.

ఈ ప్రక్రియ అంతర్గత sre_compile మాడ్యూల్ ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది. దశలు సుమారుగా:

1. పార్సింగ్: స్ట్రింగ్ ప్యాటర్న్ దాని లాజికల్ భాగాలను (లిటరల్స్, క్వాంటిఫైయర్‌లు, గ్రూపులు మొదలైనవి) సూచించే ఒక ట్రీ-లాంటి డేటా స్ట్రక్చర్‌గా పార్స్ చేయబడుతుంది.
2. కంపైలేషన్: ఈ ట్రీ అప్పుడు నడుస్తుంది, మరియు ఆపరేషన్ కోడ్‌ల యొక్క లీనియర్ సీక్వెన్స్ ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. ప్రతి ఆపరేషన్ కోడ్ మ్యాచింగ్ ఇంజన్ కోసం ఒక సాధారణ సూచన, ఉదాహరణకు "ఈ లిటరల్ అక్షరాన్ని సరిపోల్చండి," "ఈ స్థానానికి వెళ్ళండి," లేదా "క్యాప్చరింగ్ గ్రూప్‌ను ప్రారంభించండి."
3. ఎగ్జిక్యూషన్: sre ఇంజన్ యొక్క వర్చువల్ మెషీన్ అప్పుడు ఇన్‌పుట్ స్ట్రింగ్‌కు వ్యతిరేకంగా ఈ ఆపరేషన్ కోడ్‌లను అమలు చేస్తుంది.

మీరు re.DEBUG ఫ్లాగ్‌ను ఉపయోగించి ఈ కంపైల్ చేయబడిన ప్రాతినిధ్యాన్ని చూడవచ్చు. ఇంజన్ మీ ప్యాటర్న్‌ను ఎలా అర్థం చేసుకుంటుందో అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది ఒక శక్తివంతమైన మార్గం.

import re

# Let's analyze the pattern 'a(b|c)+d'
re.compile('a(b|c)+d', re.DEBUG)

అవుట్‌పుట్ ఇలా ఉంటుంది (స్పష్టత కోసం వ్యాఖ్యలు జోడించబడ్డాయి):

LITERAL 97          # 'a' అక్షరాన్ని సరిపోల్చండి
MAX_REPEAT 1 65535  # ఒక క్వాంటిఫైయర్‌ను ప్రారంభించండి: కింది గ్రూప్‌ను 1 నుండి అనేక సార్లు సరిపోల్చండి
  SUBPATTERN 1 0 0    # క్యాప్చరింగ్ గ్రూప్ 1ను ప్రారంభించండి
    BRANCH            # ఒక ప్రత్యామ్నాయాన్ని ప్రారంభించండి ('|' అక్షరం)
      LITERAL 98      # మొదటి బ్రాంచ్‌లో, 'b'ని సరిపోల్చండి
    OR
      LITERAL 99      # రెండవ బ్రాంచ్‌లో, 'c'ని సరిపోల్చండి
    MARK 1            # క్యాప్చరింగ్ గ్రూప్ 1ను ముగించండి
LITERAL 100         # 'd' అక్షరాన్ని సరిపోల్చండి
SUCCESS             # మొత్తం ప్యాటర్న్ విజయవంతంగా సరిపోలింది

ఈ అవుట్‌పుట్‌ను అధ్యయనం చేయడం ద్వారా ఇంజన్ అనుసరించే ఖచ్చితమైన లో-లెవెల్ లాజిక్‌ను మీకు చూపుతుంది. ప్రత్యామ్నాయం కోసం BRANCH ఆపరేషన్ కోడ్‌ను మరియు + క్వాంటిఫైయర్ కోసం MAX_REPEAT ఆపరేషన్ కోడ్‌ను మీరు చూడవచ్చు. ఇంజన్ ఎంపికలు మరియు లూప్‌లను చూస్తుందని ఇది నిర్ధారిస్తుంది, ఇవి బ్యాక్‌ట్రాకింగ్‌కు కావలసిన పదార్థాలు.

ఆచరణాత్మక పనితీరు చిక్కులు మరియు ఉత్తమ పద్ధతులు

ఇంజన్ అంతర్గతాల గురించి ఈ అవగాహనతో, ఏ గ్లోబల్ సాఫ్ట్‌వేర్ ప్రాజెక్ట్‌లోనైనా సమర్థవంతమైన రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌లను వ్రాయడానికి మేము ఉత్తమ పద్ధతుల సమితిని స్థాపించవచ్చు.

సమర్థవంతమైన రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌లను వ్రాయడానికి ఉత్తమ పద్ధతులు

• 1. మీ ప్యాటర్న్‌లను ముందుగా కంపైల్ చేయండి: మీరు మీ కోడ్‌లో అదే రెగెక్స్‌ను అనేకసార్లు ఉపయోగిస్తే, దాన్ని ఒకసారి re.compile()తో కంపైల్ చేయండి మరియు ఫలిత ఆబ్జెక్ట్‌ను తిరిగి ఉపయోగించండి. ఇది ప్రతి వినియోగంలో ప్యాటర్న్ స్ట్రింగ్‌ను పార్స్ చేయడం మరియు కంపైల్ చేయడం యొక్క ఓవర్‌హెడ్‌ను నివారిస్తుంది.

              
  # Good practice
  COMPILED_REGEX = re.compile(r'\d{4}-\d{2}-\d{2}')
  for line in data:
      COMPILED_REGEX.search(line)
      
              
  
                
                  Copy
                
              
            

• 2. వీలైనంత నిర్దిష్టంగా ఉండండి: మరింత నిర్దిష్ట ప్యాటర్న్ ఇంజన్‌కు తక్కువ ఎంపికలను ఇస్తుంది మరియు బ్యాక్‌ట్రాక్ చేయవలసిన అవసరాన్ని తగ్గిస్తుంది. మరింత ఖచ్చితమైనది ఉన్నప్పుడు .* వంటి అధిక సాధారణ ప్యాటర్న్‌లను నివారించండి.
  • తక్కువ సమర్థవంతమైనది: key=.*
  • మరింత సమర్థవంతమైనది: key=[^;]+ (సెమికోలన్ కాని ఏదైనా సరిపోల్చండి)
• 3. మీ ప్యాటర్న్‌లను యాంకర్ చేయండి: మీ మ్యాచ్ ఒక స్ట్రింగ్ ప్రారంభంలో లేదా చివరిలో ఉండాలని మీకు తెలిస్తే, వరుసగా ^ మరియు $ యాంకర్లను ఉపయోగించండి. ఇది అవసరమైన స్థానం వద్ద సరిపోలని స్ట్రింగ్‌లపై ఇంజన్ చాలా త్వరగా విఫలమవడానికి అనుమతిస్తుంది.
• 4. నాన్-క్యాప్చరింగ్ గ్రూపులను (?:...) ఉపయోగించండి: క్వాంటిఫైయర్ కోసం ప్యాటర్న్ భాగాన్ని సమూహపరచవలసి వస్తే కానీ ఆ సమూహం నుండి సరిపోలిన టెక్స్ట్‌ను తిరిగి పొందవలసిన అవసరం లేకపోతే, నాన్-క్యాప్చరింగ్ గ్రూప్‌ను ఉపయోగించండి. ఇంజన్ మెమరీని కేటాయించాల్సిన అవసరం లేనందున మరియు సంగ్రహించబడిన సబ్‌స్ట్రింగ్‌ను నిల్వ చేయాల్సిన అవసరం లేనందున ఇది కొద్దిగా మరింత సమర్థవంతమైనది.
  • క్యాప్చరింగ్: (https?|ftp)://...
  • నాన్-క్యాప్చరింగ్: (?:https?|ftp)://...
• 5. ప్రత్యామ్నాయం కంటే క్యారెక్టర్ క్లాస్‌లను ఇష్టపడండి: అనేక సింగిల్ అక్షరాలలో ఒకదానిని సరిపోల్చినప్పుడు, ఒక క్యారెక్టర్ క్లాస్ [...] ప్రత్యామ్నాయం (...) కంటే గణనీయంగా మరింత సమర్థవంతమైనది. క్యారెక్టర్ క్లాస్ ఒక సింగిల్ ఆపరేషన్ కోడ్, అయితే ప్రత్యామ్నాయం బ్రాంచింగ్ మరియు మరింత సంక్లిష్టమైన లాజిక్‌ను కలిగి ఉంటుంది.
  • తక్కువ సమర్థవంతమైనది: (a|b|c|d)
  • మరింత సమర్థవంతమైనది: [abcd]
• 6. వేరే సాధనాన్ని ఎప్పుడు ఉపయోగించాలో తెలుసుకోండి: రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌లు శక్తివంతమైనవి, కానీ అవి ప్రతి సమస్యకు పరిష్కారం కాదు. సాధారణ సబ్‌స్ట్రింగ్ తనిఖీ కోసం, in లేదా str.startswith()ని ఉపయోగించండి. HTML లేదా XML వంటి నిర్మాణాత్మక ఫార్మాట్‌లను పార్స్ చేయడానికి, ప్రత్యేక పార్సర్ లైబ్రరీని ఉపయోగించండి. ఈ పనుల కోసం రెగెక్స్‌ను ఉపయోగించడం తరచుగా పెళుసుగా మరియు సమర్థవంతం కానిది.

ముగింపు: బ్లాక్ బాక్స్ నుండి శక్తివంతమైన సాధనం వరకు

పైథాన్ యొక్క రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్ ఇంజన్ దశాబ్దాల కంప్యూటర్ సైన్స్ సిద్ధాంతంపై నిర్మించబడిన చక్కగా ట్యూన్ చేయబడిన సాఫ్ట్‌వేర్ భాగం. బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ NFA-ఆధారిత విధానాన్ని ఎంచుకోవడం ద్వారా, పైథాన్ డెవలపర్‌లకు సుసంపన్నమైన మరియు వ్యక్తీకరణ ప్యాటర్న్ మ్యాచింగ్ భాషను అందిస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఈ శక్తి దాని అంతర్లీన మెకానిక్స్ను అర్థం చేసుకోవాల్సిన బాధ్యతతో వస్తుంది.

ఇంజన్ ఎలా పనిచేస్తుందో మీకు ఇప్పుడు తెలుసు. మీరు బ్యాక్‌ట్రాకింగ్ యొక్క ట్రయల్-అండ్-ఎర్రర్ ప్రక్రియను, దాని వినాశకరమైన చెత్త-కేసు దృశ్యం యొక్క అపారమైన ప్రమాదాన్ని మరియు సమర్థవంతమైన మ్యాచ్ వైపు ఇంజన్‌ను మార్గనిర్దేశం చేయడానికి ఆచరణాత్మక పద్ధతులను అర్థం చేసుకున్నారు. మీరు ఇప్పుడు (a+)+ వంటి ప్యాటర్న్‌ను చూసి అది కలిగించే పనితీరు ప్రమాదాన్ని వెంటనే గుర్తించగలరు. గ్రీడీ .* మరియు లేజీ .*? మధ్య మీరు విశ్వాసంతో ఎంచుకోవచ్చు, ప్రతి ఒక్కటి ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో ఖచ్చితంగా తెలుసుకోవచ్చు.

తదుపరిసారి మీరు రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌ను వ్రాసినప్పుడు, మీరు దేనిని సరిపోల్చాలనుకుంటున్నారో దాని గురించి మాత్రమే ఆలోచించవద్దు. ఇంజన్ అక్కడికి ఎలా చేరుకుంటుందో ఆలోచించండి. బ్లాక్ బాక్స్ దాటి వెళ్ళడం ద్వారా, మీరు రెగ్యులర్ ఎక్స్‌ప్రెషన్‌ల పూర్తి సామర్థ్యాన్ని అన్‌లాక్ చేస్తారు, వాటిని మీ డెవలపర్ టూల్‌కిట్‌లో ఊహాజనిత, సమర్థవంతమైన మరియు నమ్మదగిన సాధనంగా మారుస్తారు.