KMP算法

KMP算法

与BF算法相比,KMP的改进之处在于,当主串当前指针(下标)字符与模式串当前指针(下标)字符不相等时,主串的指针i不需要回溯,而是利用已经得到的"部分匹配"的结果,将模式串尽量的右移,继续进行匹配!

注:统一,本篇讨论的字符串的下标都是从0开始的

例如:


主串的i指针无需回溯到7,而是保持不动,此时i = 12j = 6不匹配,利用已"部分匹配"的模式串部分 ABCDAB 将整个模式串尽量右移。
可以发现已部分匹配的模式串部分 ABCDAB 最长公共前后缀为AB,右移的最大距离即前缀部分后缀部分重叠

可见此时j(下标值)即为之前j = 6时,其前面部分匹配串的最长公共前后缀;
Next数组保存当前字符前的部分串(不包含当前字符)的最长公共前后缀的大小
如上栗中,next[6] = 2

Next数组
注:如何理解 j = 0 时,next[0] = -1?

失配于模式串首字符流程
KMP算法Code框架 : 按以上定义实现(Next[]构建下面分析)
/*
@ Author : z
@ Date : 2018.7.30
@ Title : KMP
@ In : str      主串
       substr   模式串
@ Out : 
*/
#include <string>
int  KMP(string str, string substr)
{
    1. 创建模式串substr的next[ ] 数组
    int * next = BuildNext(substr);    

    int str_len = str.length();
    int substr_len = substr.length();
    int i = 0;      //主串下标指针
    int j = 0;      //模式串下标指针

    while (i < str_len && j < substr_len)
    {
        if ( (0 > j)  || ( str[i] == substr[j]) )
        {     通配符匹配或字符匹配
            i ++;
            j ++;       // 携手共进
        }
        else
        {  失配,模式串尽量右移,即指针 j 左移 = next[j] , i 不变
            j = next[j];
        }
    }// end_while

    delete []next;    //释放next[]数组

    return i-j;     //  >= 0,匹配成功,且返回主串中模式串位置
                    //  < 0 , 匹配失败
}

Key:关键在于模式串next[]数组的构建,下面介绍!!!


根据上面 Next数组 的定义实现 next[ ]表的构造
利用递推来构造 next[ ],以下:
已知 next[ j ] 的值,如何高效计算 next[ j + 1 ]
注 : 严格按定义,肯定能实现,重点在于理解!
next[ ]构建Code
@ Author : zzz
@ Date   : 2018.7.30
@ Title  : Build next
@ In     : str   字符串
@ Out    : 

#include <string>

int * BuildNext(string str)
{
    int len = str.length();
    int j = 0;           // "主"串指针

    int * Next = new int[len];   // Next[] 表

/************************************************************/
    # 初始化 Next[0] = -1,
    # str[-1]作为通配符,此处 t 可视为记录:最大公共前后缀的长度
/************************************************************/
    int t = Next[0] = -1;

    while ( j < len-1)
    {
        if ((0 > t) || (str[j] == str[t]))
        {//哨兵匹配 即 t = -1 或 字符匹配
            Next[++j] = ++t;
        }
        else
        {//失配 , 递推!!!
            t = Next[t] ;      
        }
    }

    return Next;
}
分析上面代码中循环中的 ifelse
  • if ((0 > t) || (str[j] == str[t]))是分析中的情况1,next[j+1] = next[j] + 1,next[j]用 t 记录

  • else : t = Next[t]

举个栗子,展示Next[]数组的构建过程
依此类推

else的递推过程
KMP - Next[ ] 数组的优化

反例

改进 Next[ ] Code
@ Author : zzz
@ Date   : 2018.7.30
@ Title  : 改进Next
@ In     : str字符串
@ Out    : 

#include <string>

int * BuildNext(string str)
{
    int len = str.length();
    int j = 0;           // "主"串指针

    int * Next = new int[len];   // Next[] 表

/************************************************************/
    # 初始化 Next[0] = -1,
    # str[-1]作为通配符,此处 t 可视为记录:最大公共前后缀的长度
    # t 也可视为模式串指针,大小为最大公共前后缀的长度
/************************************************************/
    int t = Next[0] = -1;

    while ( j < len-1)
    {
        if ((0 > t) || (str[j] == str[t]))
        {// 匹配 , 改进处!!!
            j ++;
            t ++;
            Next[j] = ( str[j] != str[t] ? t : Next[t] );            // !!! !!!
        }
        else
        {//失配 
            t = Next[t] ;      
        }
    }

    return Next;
}
改进Next数组构建,递推的过程!
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