白話KMP算法

熱身

bbabbcbbabbe這串字符串中
找出bbabbe

示意圖.png

BF算法:

無腦窮舉,暴力匹配愕掏。其核心思想是匹配串(簡稱S串)和目標(biāo)串(簡稱T串)從第一位開始逐一匹配嚷量。當(dāng)某位匹配失敗,則S串整體向右移一位,繼續(xù)和T串匹配惶翻。以此類推。每次匹配失敗鹅心,則移動一格吕粗,繼續(xù)尋找。這其實是一種窮舉法旭愧,雖然可以解決問題颅筋,但是效率低下。

KMP算法:

可以把它理解為BF的改良版输枯,通過觀察S串的自身特點议泵,不再一格一格的移動,而是跳躍移動桃熄,避免了BF的很多無效匹配先口,從而大大提升了效率。既然是跳躍瞳收,那就有兩個無法回避的問題:
1.每次跳的盡可能多(保證效率)碉京。
2.不能瞎跳的太多,導(dǎo)致錯過了匹配(保證正確性)螟深。

所以到底應(yīng)該怎么跳谐宙?

首先,我們來看一看熱身的例子界弧,T1=S1凡蜻,T2=S2搭综,T3=S3,T4=S4划栓,T5=S5设凹,
T6 = c,S6 = e茅姜。所以在第六位的時候匹配失敗闪朱。根據(jù)前文的介紹,下面一步我們會對S串向右進(jìn)行移動钻洒。那么移動多少格呢奋姿?理論上來說最少移動一格,最多移動五格(因為在第六位失敗素标,極限也就是用S1去和T6比)称诗。
如果移動1格,那就是BF算法头遭,效率太慢(有的時候寓免,確實只能移動一格)。
如果移動5格计维,會不會存在跳過了匹配項的情況袜香?
所以為了知道到底移動多少,我們需要對S1-S5(bbabb)再做一次匹配鲫惶。
既然前面5位匹配成功了蜈首,那么T串的前五位肯定和S串的前五位相同。所以說S串在這段范圍內(nèi)去匹配T串欠母,相當(dāng)于自己的頭去匹配自己的尾巴欢策,這個匹配成功后形成的錯位也就是S串最終跳躍的距離。也就相當(dāng)于用這個頭部的后面一位S3去匹配去匹配失敗位T6赏淌。

通過上面的分析我們可以看出這個下標(biāo)位3踩寇,就是頭部的長度(2)+1

所以我們得出結(jié)論當(dāng)S6匹配失敗了,就用S3去匹配T串的失敗位六水,我們把這個3記錄到S6下面俺孙。以后每當(dāng)S6匹配失敗,我們就用S3去和T串的失敗位對齊匹配缩擂。如果S串的每一位下面鼠冕,我們都計算得出一個數(shù)值。我們是不是就相當(dāng)于得到了一個跳躍說明書(next數(shù)組胯盯,也稱K數(shù)組)懈费?答案:是的。
next數(shù)組.png

結(jié)論

KMP算法的核心就是避免BF的不必要回溯博脑,問題由匹配串決定憎乙,而不是目標(biāo)串票罐。通過總結(jié)K數(shù)組,當(dāng)某位不匹配的時候泞边,用k數(shù)組記錄的下標(biāo)位(匹配串)去匹配(目標(biāo)串)匹配失敗的那一位该押。
由于本節(jié)主要是為了闡述KMP算法的思想,所以沒有引入代碼阵谚,有興趣的同學(xué)可以在網(wǎng)上查找相關(guān)代碼蚕礼,加深理解。

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