KMP算法(C语言)

本着对KMP算法的好奇,特地进行学习一下。
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一、简介

KMP算法是由D.E.Knuth、J.H.Morris和V.R.Pratt三位科学家发表的一个模式匹配的算法,这种算法相较于BF(暴力)匹配算法可以大大减少其回溯计算的次数,也就是减少不必要的回溯发生。

该算法的核心是要构建一个引导整个匹配过程的next数组,我们可以把这个next数组看做是KMP算法中的回溯控制中心,它会控制匹配过程字符串T的回溯位置。具体的构建过程可以参看《大话数据结构》一书、与视频【C语言描述】《数据结构和算法》

二、构建next数组

构建next数组的关键在于:找到当前字符之前的串的前后缀相同字符的个数。刚一开始有些难以理解这是什么意思,不过看一下代码应该就会好很多。如下所示:

#include<stdio.h>
typedef char* String;

//获取KMP算法所使用的next数组
void get_next( String T,int *next)
{
    int i=1,j=0,len;
    next[1]=0;
    len=T[0] - '0';

    while( i < len)
    {
        if(0 == j || T[i] == T[j])
        {
            i++;
            j++;
            next[i]=j;
            /*if( T[i]!=T[j])   //优化
            {
                next[i]=j;
            }
            else
            {
                next[i]=next[j];
            }*/
        }
        else
        {
            j=next[j];      //要回溯到next[j]位置
        }
    }
}

不难看出, 这里的前缀是指:字符串从第一个位置开始的前j-1(j!=0)个字符,而后缀则是指字符串从当前位置开始的后j-1个字符。通过这种记录前后缀相同个数的方式,就可以大大减少匹配过程中的回溯次数。

三、KMP算法的实现

//返回符合条件的字符串的位置
int Index_KMP( String S, String T, int pos)
{
    int i=pos,j=1;
    int next[255];
    int sLen,tLen;

    get_next(T,next);
    sLen=S[0]-'0';
    tLen=T[0]-'0';

    while( i <= sLen && j <= tLen)      //其中一个字符串达到末尾则终止匹配过程
    {
        if( 0==j || S[i] == T[j] )
        {
            i++;
            j++;
        }
        else
        {
            j=next[j];
        }
    }

    if( j > tLen )
    {
        return i-tLen;
    }
    else
    {
        return 0;
    }
}

int main()
{
    String S="5abcdex";
    String T="2cd";
    int pos=Index_KMP(S,T,0);
    printf("%d\n",pos);
    
    return 0;
}

执行效果:


参考资料:《大话数据结构》、【C语言描述】《数据结构和算法》

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