Python字符串匹配

假設(shè)有兩個字符串:t(目標串啰扛,長度n)和p(模式串嚎京,長度m)嗡贺,通常m<<n。

樸素串匹配算法

  • 優(yōu)點
    簡單易懂
  • 缺點
    效率低
    時間復(fù)雜度分析:最壞的情況是每一趟都在模式串的最后遇到不匹配鞍帝,那么每一趟比較的次數(shù)是n-m+1, 總的比較次數(shù)是 mx(n-m+1), 因為m<<n, 所以時間復(fù)雜度為O(mxn)

代碼實現(xiàn):

def naive_match(t,p):
    m, n = len(p), len(t)
    i, j = 0, 0
    while i < m and j < n:
        if p[i] == t[j]:
            i, j = i+1, j+1
        else:    #字符不匹配诫睬,考慮t串的下一個位置
            i, j = 0, j-i+1 # j-i+1為相對位置加1
    if i == m:  # p串完全匹配后(i++)i的值變?yōu)閙
        return j-i  #此時j的值減去p串的長度(i或者m)就是所在下標
    return 'No Match!' #無匹配則返回'No Match'
#實例化
t = ' abc  de'
p = 'de'
print naive_match(t, p)
#輸出 6
#換一種想法去實現(xiàn)
def naive_match1(p,t):
    m, n, i = len(p), len(t), 0
    for i in range(n-m+1):
        if t[i:i+n-1] == p:
            return i
    return 'No match!'
p = 'abc'
t = 'abdabc'
print naive_match1(p,t)

KMP算法(無回溯串匹配算法)

分析:算法的關(guān)鍵在于構(gòu)建一個跳轉(zhuǎn)表(pnext表),當?shù)趇個字符匹配失敗時不是重新從頭開始匹配(例如樸素串匹配算法)帕涌,而是通過構(gòu)建好的跳轉(zhuǎn)表跳轉(zhuǎn)到第j個字符摄凡。例如:

0 1 2 3 4 5 6 7 # 字符串的位置
a b c a b c d a # p串
0 0 0 0 1 2 3 0 # pnext表,如果匹配不成功 跳轉(zhuǎn)的位置

解釋:當?shù)?位的字符d匹配失敗后可以直接跳轉(zhuǎn)到第3位的a蚓曼, 因為它們之前的abc是相同的亲澡,不需要再匹配一遍了。

更近一步分析:如果p串i位置與t串的j位置匹配失敗了纫版,先去查找p串i位置之前的從0開始的串(假設(shè)[0,k], k<i)與t串j位置之前的串([j-k,j])是否有相同的片段床绪,如果有找出那個k值,若木有則按照樸素匹配算法進行其弊。

移動的位數(shù) = 已匹配的字符數(shù) - 對應(yīng)的部分匹配值(查表)

如何得到p串每個字符的部分匹配值(如何生成next表)癞己?
對于每個p串的字符,前綴與后綴共有字符的個數(shù)就是該字符的部分匹配值梭伐。
詳細解釋

那么如何構(gòu)造部分匹配表(next表)呢痹雅,python代碼如下:

Next表 (部分匹配表,跳轉(zhuǎn)表)
def partial_table(p):
    prefix = set() #集合
    postfix = set()
    ret = [0]  #存放p串匹配值糊识,因為第一個字符的匹配值肯定為0绩社,先把0存進去
    for i in range(1,len(p)): #從第二個字符開始
        #獲取前i+1個字符串的前綴(例如對于abc,前綴有a,ab)
        #Note:切片[0:3]-->索引0,1,2(第一個索引是0可以省略-->[:3]-->取前三個數(shù))
        #Note:range函數(shù)也一樣取不到后面的數(shù)-->rang(1,3)-->>1,2
        prefix.add(p[:i]) #因為對于不同的字符前綴都有相同的部分赂苗,這里只需要添加就行了
        #獲取前i+1個字符串的后綴(例如對于abc愉耙,后綴有bc,c)
        postfix = {p[j:i+1] for j in range(1,i+1)} #對于不同的字符后綴總是不一樣
        ret.append(len(prefix&postfix))
    return ret

KMP算法實現(xiàn)

#-*-coding=utf-8-*-
#KMP
def kmp_match(t, p):
    m,n = len(t),len(p)
    cur = 0  #起始指針cur
    table = partial_table(p)
    while cur <= m-n: #最多做m-n趟匹配
        for i in range(n): #在每一趟比較中
            if s[i+cur]!=p[i]: #匹配不成功時
                cur += max(i - table[i-1], 1) #移動的位數(shù) = 以匹配的字符數(shù) - 匹配值
                break
        else:
            return True
    return False

# 測試
p = 'ABCDABD'
s = 'BBC ABCDAB ABCDABCDABDE'
print partial_table(p)
print kmp_match(s, p)

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