문자열 검색 알고리즘 (4): Rabin-Karp 알고리즘

1. Rabin-Karp 알고리즘이란?

Rabin-Karp 알고리즘은 문자열 내에서 특정 패턴을 효율적으로 찾기 위해 해시 함수를 사용하는 알고리즘이다. 여러 개의 패턴을 한꺼번에 찾는 데 적합하며, 해시 충돌이 적고 효율적인 해시 함수를 사용할 경우 매우 빠르게 동작한다.

기본 아이디어는 텍스트의 각 부분 문자열과 찾고자 하는 패턴을 해시 값으로 변환하고, 이 해시 값이 동일할 경우 실제 문자열을 비교하는 방식이다. 일반적인 비교 방식보다 더 빠르게 일치 여부를 판단할 수 있다.

2. Rabin-Karp 알고리즘의 동작 원리

Rabin-Karp 알고리즘은 다음과 같은 절차로 동작한다:

1. 패턴 문자열의 해시 값을 계산한다.
2. 텍스트에서 패턴과 같은 길이의 부분 문자열의 해시 값을 계산한다.
3. 두 해시 값이 같으면, 실제 문자열을 비교하여 정확히 일치하는지 확인한다.
4. 텍스트의 다음 부분 문자열로 넘어가며 반복 수행한다.

해시 값은 슬라이딩 윈도우 방식으로 효율적으로 갱신되며, 이를 통해 전체 텍스트를 빠르게 탐색할 수 있다.

3. Rabin-Karp 알고리즘의 장점과 단점

3.1 장점

• 다중 패턴 검색에 유리: 여러 개의 패턴을 동시에 찾을 수 있음.
• 슬라이딩 해시로 성능 향상: 해시 값을 빠르게 갱신 가능하여 시간 절약.
• 적절한 해시 함수 사용 시 빠른 평균 성능 제공.

3.2 단점

• 해시 충돌 가능성: 서로 다른 문자열이 같은 해시 값을 가질 수 있음 → 실제 문자열 비교가 추가로 필요.
• 최악의 경우 시간 복잡도 증가: 해시 충돌이 많을 경우 효율이 낮아질 수 있음.
• 정수 오버플로 및 해시 설계 이슈: 해시 함수의 설계에 따라 성능이 크게 달라질 수 있음.

4. 성능 분석

경우	시간 복잡도
최선/평균	O(n + m)
최악	O(n * m)

• n: 텍스트의 길이
• m: 패턴의 길이

해시 충돌이 없을 경우 매우 효율적이지만, 충돌이 많으면 일반적인 비교 방식보다 느려질 수 있다.

5. 활용 예시

Rabin-Karp 알고리즘은 다음과 같은 분야에서 널리 사용된다:

• 대용량 텍스트 검색 시스템 (예: 검색 엔진의 초기 단계)
• 플래그 탐지 및 필터링 (금지어, 금칙어 탐색 등)
• 바이러스 스캐너 (다중 시그니처 검색)
• 중복 문서 검출 (해시 기반 유사도 검사)

6. 마무리

Rabin-Karp 알고리즘은 문자열 검색 알고리즘 중 해시 기반이라는 독특한 접근을 통해 빠른 평균 성능을 제공하는 알고리즘이다. 특히 다중 패턴 검색이 필요한 경우 뛰어난 효율을 보이며, 적절한 해시 함수와 함께 사용할 경우 상당히 효과적인 도구가 된다.

다만, 해시 충돌과 최악의 시간 복잡도에 주의하여 사용해야 하며, 상황에 따라 KMP나 Boyer-Moore 등의 다른 알고리즘과 비교하여 선택하는 것이 좋다.