常用十大算法（四）— KMP算法

常用十大算法（四）— KMP算法

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博客说明

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介绍

KMP是一个解决模式串在文本串是否出现过，如果出现过，最早出现的位置的经典算法

Knuth-Morris-Pratt 字符串查找算法，简称为 “KMP算法”，常用于在一个文本串S内查找一个模式串P 的出现位置，这个算法由Donald Knuth、Vaughan Pratt、James H. Morris三人于1977年联合发表，故取这3人的姓氏命名此算法.

KMP方法算法就利用之前判断过信息，通过一个next数组，保存模式串中前后最长公共子序列的长度，每次回溯时，通过next数组找到，前面匹配过的位置，省去了大量的计算时间

字符串匹配问题

• 有一个字符串 str1= "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE"，和一个子串 str2="ABCDABD"
• 现在要判断 str1 是否含有 str2, 如果存在，就返回第一次出现的位置, 如果没有，则返回-1
• 要求：使用KMP算法完成判断，不能使用简单的暴力匹配算法

暴力匹配算法

如果当前字符匹配成功（即str1[i] == str2[j]），则i++，j++，继续匹配下一个字符

如果失配（即str1[i]! = str2[j]），令i = i - (j - 1)，j = 0。相当于每次匹配失败时，i 回溯，j 被置为0。

代码实现

package com.guizimo;

public class ViolenceMatch {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
        String str2 = "ABCDABD";
        int index = violenceMatch(str1, str2);
        System.out.println("index=" + index);

    }

    public static int violenceMatch(String str1, String str2) {
        char[] s1 = str1.toCharArray();
        char[] s2 = str2.toCharArray();

        int s1Len = s1.length;
        int s2Len = s2.length;

        int i = 0;
        int j = 0;
        while (i < s1Len && j < s2Len) {
            if(s1[i] == s2[j]) {
                i++;
                j++;
            } else {
                i = i - (j - 1);
                j = 0;
            }
        }
        if(j == s2Len) {
            return i - j;
        } else {
            return -1;
        }
    }
}

KMP算法

• 得到子串的部分匹配表
• 使用部分匹配表完成KMP匹配

代码实现

package com.guizimo;

import java.util.Arrays;

public class KMPAlgorithm {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
        String str2 = "ABCDABD";
        
        int[] next = kmpNext("ABCDABD"); 
        System.out.println("next=" + Arrays.toString(next));
        
        int index = kmpSearch(str1, str2, next);
        System.out.println("index=" + index); 
    }
    
    //KMP搜索
    public static int kmpSearch(String str1, String str2, int[] next) {
        for(int i = 0, j = 0; i < str1.length(); i++) {
            while( j > 0 && str1.charAt(i) != str2.charAt(j)) {
                j = next[j-1]; 
            }
            if(str1.charAt(i) == str2.charAt(j)) {
                j++;
            }            
            if(j == str2.length()) {
                return i - j + 1;
            }
        }
        return  -1;
    }

    //获取部分匹配表
    public static  int[] kmpNext(String dest) {
        int[] next = new int[dest.length()];
        next[0] = 0;
        for(int i = 1, j = 0; i < dest.length(); i++) {
            while(j > 0 && dest.charAt(i) != dest.charAt(j)) {
                j = next[j-1];
            }
            if(dest.charAt(i) == dest.charAt(j)) {
                j++;
            }
            next[i] = j;
        }
        return next;
    }
}

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