[算法详解][KMP]Knuth–Morris–Pratt字符串匹配算法



一个效率非常高的字符串匹配算法

【基本思想】

利用部分匹配表比较字符串S是否包含字符串P

【步骤】

算出一张《部分匹配表》(Partial Match Table)--P
"部分匹配值"就是"前缀"和"后缀"的最长的共有元素的长度。
"前缀"指除了最后一个字符以外,一个字符串的全部头部组合
"后缀"指除了第一个字符以外,一个字符串的全部尾部组合。
1. 部分匹配表
- "A"的前缀和后缀都为空集,共有元素的长度为0;
- "AB"的前缀为[A],后缀为[B],共有元素的长度为0;
- "ABC"的前缀为[A, AB],后缀为[BC, C],共有元素的长度0;
- "ABCD"的前缀为[A, AB, ABC],后缀为[BCD, CD, D],共有元素的长度为0;
- "ABCDA"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD],后缀为[BCDA, CDA, DA, A],共有元素为"A",长度为1;
- "ABCDAB"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA],后缀为[BCDAB, CDAB, DAB, AB, B],共有元素为"AB",长度为2;
- "ABCDABD"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA, ABCDAB],后缀为[BCDABD, CDABD, DABD, ABD, BD, D],共有元素的长度为0。

A AB ABC ABCD ABCDA ABCDAB ABCDACD
0 0 0 0 1 2 0

2. next 数组
next 数组考虑的是除当前字符外的最长相同前缀后缀。
计算某个字符对应的 next 值,就是看这个字符之前的字符串中有多大长度的相同前缀后缀,使其向右移动一位,然后初始值赋为 -1。

A B C D A B D
A B C D A B D
-1 0 0 0 0 1 2

3. 遍历比较
假设现在文本串 S 匹配到 i 位置,模式串 P 匹配到 j 位置

  • 如果 j = -1,或者当前字符匹配成功(即 S[i] == P[j]),都令 i++,j++,继续匹配下一个字符;
  • 如果 j != -1,且当前字符匹配失败(即 S[i] != P[j]),则令 i 不变,j = next[j]。此举意味着失配时,模式串 P 相对于文本串 S 向右移动了 j - next [j] 位。
    • 换言之,当匹配失败时,模式串向右移动的位数为:失配字符所在位置 - 失配字符对应的 next 值,即移动的实际位数为:j - next[j],且此值大于等于1。

【实例分析】


S[10] 跟 P[6] 匹配失败。j = next[j],即 j 从 6 变到 2(字符 D 对应部分匹配表的值为0,对应的 next 值为 2)



C 处再度失配
j = next[j] = 0



A 与空格失配,j = next[j] = -1。
i++,j++

【伪代码】

假设现在文本串 S 匹配到 i 位置,模式串 P 匹配到 j 位置

*   如果 j = -1,或者当前字符匹配成功(即 S[i] == P[j]),都令 i++,j++,继续匹配下一个字符;
*   如果 j != -1,且当前字符匹配失败(即 S[i] != P[j]),则令 i 不变,j = next[j]。此举意味着失配时,模式串 P 相对于文本串 S 向右移动了 j - next [j] 位。

【代码实现】

int KmpSearch(char* s, char* p)  
{  
    int i = 0;  
    int j = 0;  
    int sLen = strlen(s);  
    int pLen = strlen(p);  
    while (i < sLen && j < pLen)  
    {  
        //①如果j = -1,或者当前字符匹配成功(即S[i] == P[j]),都令i++,j++      
        if (j == -1 || s[i] == p[j])  
        {  
            i++;  
            j++;  
        }  
        else  
        {  
            //②如果j != -1,且当前字符匹配失败(即S[i] != P[j]),则令 i 不变,j = next[j]      
            //next[j]即为j所对应的next值        
            j = next[j];  
        }  
    }  
    if (j == pLen)  
        return i - j;  
    else  
        return -1;  
}  

【性能分析】

O(n+m)

字符串匹配的KMP算法
KMP 算法

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 214,922评论 6 497
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,591评论 3 389
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 160,546评论 0 350
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,467评论 1 288
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,553评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,580评论 1 293
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,588评论 3 414
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,334评论 0 270
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,780评论 1 307
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,092评论 2 330
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,270评论 1 344
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,925评论 5 338
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,573评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,194评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,437评论 1 268
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,154评论 2 366
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,127评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容

  • 字符串匹配KMP算法详解 1. 引言 以前看过很多次KMP算法,一直觉得很有用,但都没有搞明白,一方面是网上很少有...
    张晨辉Allen阅读 2,398评论 0 3
  • 数据结构与算法--KMP算法查找子字符串 部分内容和图片来自这三篇文章: 这篇文章、这篇文章、还有这篇他们写得非常...
    sunhaiyu阅读 1,733评论 1 21
  • title: 串的模式匹配算法之kmptags: 数据结构与算法之美author: 辰砂tj 1.引言 首先我们需...
    tojian阅读 968评论 0 0
  • KMP算法目的:尽快解决字符串匹配问题,时间复杂度为O(m+n),而常规的简单匹配算法时间复杂度:O(m*n) 这...
    安静1337阅读 976评论 0 51
  • 为什么要写KMP字符串匹配算法呢?因为近段时间在补数据结构和算法,然后重拾大学的《大话数据结构》,记录一下学习的进...
    一剑孤城阅读 4,354评论 0 8