什么是字串匹配:
在主串中找到与模式串相同的字串并返回其位置,如主串google、模式串gle,则结果为3
算法思路:
相当于拿着模式串和主串对齐,对比其第一个字符。不相等则模式串往右移一位,相等则匹配剩下的字符,计算方式如下:
1234567SwangdaoTgda\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline &1&2&3&4&5&6&7\\ \hline S&w&a&n&g&d&a&o\\ \hline T&g&d&a\\ \hline \end{array} ST1wg2ad3na4g5d6a7o
k1234444i1234567j1111234\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline k&1&2&3&4&4&4&4\\ \hline i&1&2&3&4&5&6&7\\ \hline j&1&1&1&1&2&3&4\\ \hline \end{array} kij111221331441452463474
缺点:
当某些字串与模式串能部分匹配时,主串的扫描指针i经常回溯,导致时间开销增加
朴素模式匹配算法代码:
// S为主串,T为模式串
int Index(String S, String T) {// i用来遍历主串// k用来标记当前匹配串的第一个字符// j用来遍历模式串int i = k = j = 1;while (i <= S.length && j <= T.length) {if (S[i] == T[j]) {i++;j++;} else {k++;i = k;j = 1;}}// 用j是否超出边界作为成功标志if (j > T.length) {return k;} else {return 0;}
}
优点:
在上述朴素模式匹配算法中,当模式串第一个字符匹配时,j和i都继续++去匹配剩下的字符,但一旦当模式串第j个字符不匹配时,i和j都回溯,即模式串往右移动一格。但是其实大部分时候可以通过计算不回溯这么多(某些模式串中回溯到特点值就可保证最短不匹配)。例如:模式串google当j=5时不匹配,此时可发现只要i不变,j回溯到1即可满足最短不匹配,即模式串往右移了4格。KMP算法就是在i不回溯的情况下给出一个next数组用于表示当不匹配时j应该回溯到哪里,这样在模式匹配算法的基础上进一步优化了性能,解决了i经常回溯的问题。
求next数组:
next[j]={0,当j=1时1,当j=2时前j−1个字串的最长相等前后缀长度+1,当j>2时next[j] = \begin{cases} 0, & \text{当j=1时} \\ 1, & \text{当j=2时} \\ 前j-1个字串的最长相等前后缀长度+1, & \text{当j>2时} \end{cases} next[j]=⎩⎪⎨⎪⎧0,1,前j−1个字串的最长相等前后缀长度+1,当j=1时当j=2时当j>2时
前j-1个字串的最长相等前后缀长度:当前j-1个字串为abcab时,ab为前缀和后缀最长相等部分,结果为2;当前j-1个子串为abc时,没有前后缀相等部分,结果为0。
序号j123456模式串ababaanext[j]011234\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|} \hline 序号j&1&2&3&4&5&6\\ \hline 模式串&a&b&a&b&a&a\\ \hline next[j]&0&1&1&2&3&4\\ \hline \end{array} 序号j模式串next[j]1a02b13a14b25a36a4
KMP算法代码:
int Index_KMP(String S, String T, int next[]) {int i = j = 1;while (i <= S.length && j <= T.length) {if (j==0 || S[i] == T[j]) {i++;j++;} else {j = next[j]; // i不回溯,j查找next数组回溯}}if (j > T.length) {return i - T.length; // 匹配成功} else {return 0;}
}
KMP算法的优化:
当模式串为google,j=4时。原KMP算法的next[4]=1,但是其实此处不需要再重新匹配第一位,所以应该优化为next[4]=0。因此引入next的优化数组nextVal。
nextVal[j]={0,当j=1时next[j],当j>1 且 T[next[j]]!=T[j]时nextVal[next[j]],当j>1 且 T[next[j]]==T[j]时nextVal[j] = \begin{cases} 0, & \text{当j=1时} \\ next[j], & \text{当j>1 且 T[next[j]]!=T[j]时} \\ nextVal[next[j]], & \text{当j>1 且 T[next[j]]==T[j]时} \\ \end{cases} nextVal[j]=⎩⎪⎨⎪⎧0,next[j],nextVal[next[j]],当j=1时当j>1 且 T[next[j]]!=T[j]时当j>1 且 T[next[j]]==T[j]时
序号j123456模式串ababaanext[j]011234nextVal[j]010104\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|} \hline 序号j&1&2&3&4&5&6\\ \hline 模式串&a&b&a&b&a&a\\ \hline next[j]&0&1&1&2&3&4\\ \hline nextVal[j]&0&1&0&1&0&4\\ \hline \end{array} 序号j模式串next[j]nextVal[j]1a002b113a104b215a306a44
上一篇:初识 Node.js 与内置模块:初识 Node.js及Node.js 环境的安装
下一篇:最新最全面的Spring详解(三)——Resources,验证、数据绑定和类型转换与Spring表达式语言(SpEL)