正则语言的 并 交 差

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正则语言的 并 交 差

正则表达式,描述的是正则语言, 学过形式语言与自动机理论的人应该都知道,正则语言在运算下都是封闭的;但是,根据Wikipedia的描述,到目前为止,还没有任何一个已知的正则语法(Flavor)将纳入正则语法。理论与实践之间竟然隔着这么巨大的鸿沟!

虽然 Perl 正则中支持环视(Look Around)在某种意义上可以认为是受限子集,之所以说是受限,因为你无法自由组合并交差操作。另一方面,环视在这些引擎中都是以回溯的方式实现的,效率十分低下。

其实,不光正则语言在运算下都是封闭的,而且,用来表达正则语言的 DFA 可以比较高效地实现这些操作,对比 NFA 转 DFA 的 O(2n),并交差的复杂度是O(n*m),补的复杂度是O(n);这比 O(2n) 要乐观地多,而且,这只是最坏情况下的复杂度,现实中很多时候都是 O(n1+ε),这其中的 ε 往往接近于0,NFA 转 DFA 的最坏 O(2n)在现实中也往往是O(n1+ε),不过这个 ε 往往要大一些。

经过一番努力,我填补了交 、 差这个鸿沟,为了语言的完备性和易用性,同时也实现了传统正则的连接重复,为了区别于传统的RegEx,暂且把它叫RegEx++

在语言设计上,一方面为了避免处理无比复杂的转义、字符类、unicode之类的泥潭,另一方面也为了兼容传统的正则,我设计的RegEx++语言分为两部分,一部分是去除了环视和反向引用的Perl正则(re2语法),一部分是RegEx++特有的重复

以 BNF 范式表达

Union  :=Inter{'||'Union}
Inter  :=ConCat{'&&'ConCat|'&!'ConCat}
ConCat :=Repeat{Repeat}
Repeat :=Atom['?'|'*'|'+'|Range]
Atom   :='{{'Regex'}}'|'('Union')'
Range  :='{'Min[','Max]|','Max'}'

用更通俗的方式表达

优先级 操作符 说明
最高 {{Plain Old Regex}} {{}}括起来的部分是传统的正则表达式,使用 re2 的 Parser 解析
较高 ( ) 调整优先级
? 重复:0次或1次 语法和意义与传统正则相同
* 重复:0次或多次
+ 重复:1次或多次
{min,max} 重复:最少min次,最多max次
无操作符 连接,连着写就行
较低 && 交,x && y 表示既能匹配 x 又能匹配 y
&! 差,x &! y 表示能匹配 x 但不能匹配 y
最低 || 并,x || y 表达能匹配 x 或者能匹配 y

这里面唯一比较别扭的是{{ }}括起来的Plain Old Regex, 值得一提的是,{{}},用来括住正则表达式(re2语法),一个语法正确并且规范的正则表达式中不会出现}},只有一个例外:\{{,这个例外很容易处理。其实严格讲,语法正确的正则表达式中可以出现}},但这样正则表达式往往是有问题的,{}用作非元字符时,需要转义(\{\}),而{}不转义时是元字符,不会出现}}Plain Old Regex允许未转义的{}是为了最大限度地“容忍错误”,传统正则语法甚至容忍这样的正则:[[[[]*,还有]{{1-2},你知道这都是什么意思吗?

最后

通过这个测试页面可以看到一些例子和相应的 DFA/NFA 状态转移图。

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