Rabin-Karp算法

参考:Rabin-Karp算法
rabin-karp

一、概述

Rabin-Karp算法是子字符串查找算法中的一种,主要是利用哈希函数来进行字符串的匹配。
我们不需要对字符串中的字符一个个地匹配,只需要将字符串的哈希值算出,并比较,就可以匹配字符串。
其一般步骤如下:

1.首先计算模式字符串的散列函数:将每一位乘上对应的基底,再进行相应操作,形成哈希值。
2.然后利用相同的散列函数计算文本中所有可能的M个字符的子字符串的散列函数值并寻找匹配

注意,我们在实现算法时一般要解决两个问题:
1.溢出问题:因为我们计算的哈希值为数值,哪怕我们用long类型来存储,难免会产生溢出。于是,我们就使用模除一个素数操作来解决。
2.冲突问题:之前我们使用了模除来解决溢出问题,但不同的字符串有可能产生相同的哈希值(如2%5为2,而7%5也为2,但明显7和2是不一样的),所以我们要对哈希值相同的串再一一匹配来确定是否正确。

二、实现示例

示例1

以文本串(txt)“3141592653589793”,模式串(pat)“26535”为例。

1.我们先计算模式串的哈希值:26535。因为这个字符串本身就是数字,所以我们选择基底为10。又为了防止溢出,我们将其模除一个素数,这里模除997,最后获得哈希值为613
2.之后,我们对于i<txt.length - pat.length,一步步计算文本串中相应长度(和pat长度相同)的哈希值,然后与pat的哈希值比较,直到我们找到哈希值相同的位置。

但这里还是有点缺陷,我们是先计算了整个字符串(pat串)的值再模除,但如果我们在计算的过程中就已经溢出了,怎么办?

示例2

下面我们讲得更详细一些。
假设有如下T串和P串,我们假设基底r为256.
按之前的做法,我们先计算初始P串的哈希值,又每一个字符的ASCLL码乘上相应的基底值得到pval。
当然,为了防止溢出,我们还要除以一个素数,我们这里选择101.
但之前讲过,可能在计算这个原始哈希值时可能就发生溢出,于是我们在计算每一位时就模除

这样算pval有些缺陷

我们先看一下伪代码。
这里传入T、P串和nt(T串长度)、np(p串长度)
初始值pval、tval为0,h为1
h是我们之后进行T串变换要匹配字符串的预设值。
比如上个示例中从31415转换到14159,那时h就是3乘上10的4次方,为30000,转换过程就是(31415-30000)* 10 + 9 ,就转换为了14159
当然,我们说过上个例子是有缺陷的,因为h的值也可能会溢出。
于是我们就在计算h时也进行模除操作
第二个for循环就是计算pval、tval时的操作,同样需要每一步都模除

之后,我们就要对T串进行匹配。
因为会有哈希值相同,但是实际上不是我们要找到的串的情况,所以我们需要对值相同的串(如图pval == tval之后的代码)进行意义匹配。

当然,如果i已经到 nt - np时,还没找到,我们就直接返回,因为此时已经找不到了
之后,我们要进行tval的更新(因为当前找不到,我们当然要到下一个),这里就是算法的关键了,我们首先将tval减去最高位(我们暂时先不考虑模除的情况,如31415 - 30000后就为1415),然后乘上进制(1415乘10位14150),最后加上T串新进来的数(1415加上9为14159),最后模除素数,此时我们就可以依赖上一次的结果更新tval。
最后,由于之前的tval - T[i]*h是有可能小于零的(因为原先的tval就是模除过素数的,所以有可能会小于),所以此时模除的话会为素数,我们就需要加上那个素数使其为正。
(负数模除问题我另一个博客有说,用java的话可以直接用Math中的方法就可以解决)

伪代码

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