KMP算法

引入:如何設(shè)計(jì)一個(gè)算法,判斷一個(gè)字符串中含有另一個(gè)字符串呢缚柳?比較容易想到的就是樸素模式匹配算法埃脏,時(shí)間復(fù)雜度是O(n*m),但是kmp算法可以讓時(shí)間復(fù)雜度降低到O(n)秋忙。

這是如何做到的剂癌?

假設(shè)有兩個(gè)字符串為
A=ababbababa
B=ababa
不妨令A(yù)為主串,B為模式串翰绊,可以發(fā)現(xiàn),A[5]和B[5](不妨設(shè)下標(biāo)從1開(kāi)始)失配了旁壮,如果按照樸素模式匹配算法思想监嗜,那么下面該進(jìn)行比較的字符是A[2]和B[1]。實(shí)際上抡谐,并不需要這樣做裁奇,我們只需要將A[5]和B[3]相比較即可*,為什么麦撵?

當(dāng)?shù)趎個(gè)字符匹配失敗時(shí)刽肠,我們知道前n-1個(gè)字符一定是匹配成功的,也就意味著我們只需要研究模式串前n-1個(gè)字符就可以了免胃,而指向主串第n個(gè)字符的指針不需要回溯來(lái)和模式串比較音五,因此我們可以讓下一次比較是主串第n個(gè)字符和模式串前n-1中的一個(gè)字符來(lái)比較,那么讓模式串中的哪個(gè)字符來(lái)比較呢羔沙?這就不得不提到(前n-1個(gè)字符的)最長(zhǎng)公共前后綴next數(shù)組了躺涝。

上面我們提到了,讓模式串中的哪個(gè)字符來(lái)比較扼雏,即是第 next[n] 個(gè)字符坚嗜,那么next數(shù)組又怎么求呢?


求next數(shù)組公式

1.當(dāng)j=1時(shí)诗充,意味著模式串第一個(gè)字符與主串失配苍蔬,next值為0,我們規(guī)定了下標(biāo)從1開(kāi)始蝴蜓,這并不表示模式串中第0個(gè)字符與主串中的失配字符相比較碟绑,而是表示模式串第一個(gè)字符與主串失配字符的下一字符再進(jìn)行匹配。
2.當(dāng)存在長(zhǎng)度為k的公共前后綴,且 0 < k < j-1 時(shí)蜈敢,next值為k+1辜荠。
3.當(dāng)只存在長(zhǎng)度為k的公共前后綴(此時(shí)k = j-1)時(shí),next值為1抓狭,表示模式串第一個(gè)字符與主串失配字符相比較伯病。

為什么?可在樸素模式匹配算法中觀察規(guī)律得出

next數(shù)組的進(jìn)一步優(yōu)化否过,nextval

根據(jù)上面的公式午笛,我們可以求出B的next數(shù)組為 0 1 1 2 3,這就是為什么 "只需將A[5]和B[3]相比較即可"苗桂。實(shí)際上可以進(jìn)一步優(yōu)化药磺,因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)B[5]和B[3]對(duì)應(yīng)的字符都是a,再比較還是會(huì)失配煤伟,因此我們可以把next[5]的值改為next[3]癌佩,而next[3] = 1,我們又發(fā)現(xiàn)B[1]還是a便锨,還是會(huì)失配围辙,因此我們可以把next[5]改為next[1],值為0放案,表示B[1]與A[6]相比較姚建。同樣的道理,用這種方法吱殉,我們遍歷一遍next數(shù)組掸冤,讓next數(shù)組優(yōu)化一下。

代碼

KMP

求next數(shù)組

上面求next方法為手算友雳,代碼求next方法參考視頻https://www.bilibili.com/video/BV16X4y137qw/
根據(jù)前面的介紹容易知道稿湿,next[1] = 0, next[2] = 1,
此時(shí)若ch[1] == ch[2],根據(jù)next數(shù)組定義沥阱,next[3] = 2缎罢,若ch[2] == ch[3],則next[4] = 3 ·········直到
ch[n-1] !=ch[n]考杉,則可視為s1s2···sn-1 與s2s3···sn匹配失敗策精,而s1s2···s[next[n-1]-1]與s[n-(next[n-1]-1)]····sn-1是相同的,此時(shí)再比較sn和s[next[n-1]]崇棠,若相等咽袜,則next[n+1] = next[n-1]+1,否則枕稀,再按匹配失敗走询刹,若是最壞的情況一直失敗谜嫉,j會(huì)等于0,最后next[n+1] = 1凹联。

代碼求next

void GetNext(String T ,next[]){
 int i=1,j=0;
 next[1]=0;
 while(i<T.length){
   if(j==0||T.ch[i]==T.ch[j]){
     ++i;
     ++j;
     next[i]=j;
   }
   else
     j=next[j];
 }
}

求nextval數(shù)組

nextval
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