KMP算法——一看就会

说明

KMP算法看懂了就觉得简单,思路很简单,看不懂之前,不管怎么看走势迷迷糊糊的,我争取用最简短的语句给大家讲明白。

这里就不扯了。

KMP算法是求解什么类型问题

字符串匹配。给你两个字符串,寻找其中一个字符串是否包含另一个字符串,如果包含,返回起始位置。

如下面的两个字符串:

1、char *str = "bacbababadababacambabacaddababacasdsd";
2、char *ptr = "ababaca";

str有两处包含ptr.

分别在str的下标10,26处包含ptr.

"bacbababadababacambabacaddababacasdsd"



问题类型很简单,下面直接介绍算法

算法说明

一般匹配字符串时,我们从目标字符串str(假设长度为n)的第一个下标选取和ptr长度(长度为m)一样的子字符串进行比较,如果一样,就返回开始处的下标值,不一样,选取str下一个下标,同样选取长度为n的字符串进行比较,直到str的末尾(实际比较时,下标移动到n-m)。这样的时间复杂度是O(n*m)

KMP算法:可以实现复杂度为O(m+n)

怎么简化时间复杂度:

充分利用了目标串ptr的性质,(比如里面部分字符串的重复性,即使不存在重复字段,在比较时,实现最大的移动量)。

考察目标字符串ptr: 
ababaca 
这里我们要计算一个长度为m的转移函数next。

next数组的含义就是一个固定字符串的最长前缀和最长后缀相同的长度。

比如:abcjkdabc,那么这个数组的最长前缀和最长后缀相同必然是abc。 
cbcbc,最长前缀和最长后缀相同是cbc。 
abcbc,最长前缀和最长后缀相同是不存在的。

**注意最长前缀:是说以第一个字符开始,但是不包含最后一个字符。 
比如aaaa相同的最长前缀和最长后缀是aaa。** 
对于目标字符串ptr,ababaca,长度是7,所以next[0],next[1],next[2],next[3],next[4],next[5],next[6]分别计算的是 
aababaababababaababacababaca的相同的最长前缀和最长后缀的长度。由于aababaababababaababacababaca的相同的最长前缀和最长后缀是“”,“”,“a”,“ab”,“aba”,“”,“a”,所以next数组的值是[-1,-1,0,1,2,-1,0],这里-1表示不存在,0表示存在长度为1,2表示存在长度为3。这是为了和代码相对应。

下图中的1,2,3,4是一样的。1-2之间的和3-4之间的也是一样的,我们发现A和B不一样;之前的算法是我把下面的字符串往前移动一个距离,重新从头开始比较,那必然存在很多重复的比较。现在的做法是,我把下面的字符串往前移动,使3和2对其,直接比较C和A是否一样。


代码解析:

void cal_next(char *str, int *next, int len)
{
    next[0] = -1;//next[0]初始化为-1,-1表示不存在相同的最大前缀和最大后缀
    int k = -1;//k初始化为-1
    for (int q = 1; q <= len-1; q++)
    {
        while (k > -1 && str[k + 1] != str[q])//如果下一个不同,那么k就变成next[k],注意next[k]是小于k的,无论k取任何值。
        {
            k = next[k];//往前回溯
        }
        if (str[k + 1] == str[q])//如果相同,k++
        {
            k = k + 1;
        }
        next[q] = k;//这个是把算的k的值(就是相同的最大前缀和最大后缀长)赋给next[q]
    }
}

KMP

这个和next很像,具体就看代码,其实上面已经大概说完了整个匹配过程。


int KMP(char *str, int slen, char *ptr, int plen)
{
    int *next = new int[plen];
    cal_next(ptr, next, plen);//计算next数组
    int k = -1;
    for (int i = 0; i < slen; i++)
    {
        while (k >-1&& ptr[k + 1] != str[i])//ptr和str不匹配,且k>-1(表示ptr和str有部分匹配)
            k = next[k];//往前回溯
        if (ptr[k + 1] == str[i])
            k = k + 1;
        if (k == plen-1)//说明k移动到ptr的最末端
        {
            //cout << "在位置" << i-plen+1<< endl;
            //k = -1;//重新初始化,寻找下一个
            //i = i - plen + 1;//i定位到该位置,外层for循环i++可以继续找下一个(这里默认存在两个匹配字符串可以部分重叠),感谢评论中同学指出错误。
            return i-plen+1;//返回相应的位置
        }
    }
    return -1;  
}

测试:

 char *str = "bacbababadababacambabacaddababacasdsd";
    char *ptr = "ababaca";
    int a = KMP(str, 36, ptr, 7);
    return 0;


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