KMP算法~看的清楚~
来源:互联网 发布:战舰世界洛阳数据 编辑:程序博客网 时间:2024/05/01 22:15
在介绍KMP算法之前,先介绍一下BF算法。
一.BF算法
BF算法是普通的模式匹配算法,BF算法的思想就是将目标串S的第一个字符与模式串P的第一个字符进行匹配,若相等,则继续比较S的第二个字符和P的第二个字符;若不相等,则比较S的第二个字符和P的第一个字符,依次比较下去,直到得出最后的匹配结果。
举例说明:
S: ababcababa
P: ababa
BF算法匹配的步骤如下
i=0 i=1 i=2 i=3 i=4
第一趟:ababcababa 第二趟:ababcababa 第三趟:ababcababa 第四趟:ababcababa 第五趟:ababcababa
ababa ababa ababa ababa ababa
j=0 j=1 j=2 j=3 j=4(i和j回溯)
i=1 i=2 i=3 i=4 i=3
第六趟:ababcababa 第七趟:ababcababa 第八趟:ababcababa 第九趟:ababcababa 第十趟:ababcababa
ababa ababa ababa ababaababa
j=0 j=0 j=1 j=2(i和j回溯) j=0
i=4 i=5 i=6 i=7 i=8
第十一趟:ababcababa 第十二趟:ababcababa 第十三趟:ababcababa 第十四趟:ababcababa 第十五趟:ababcababa
ababa ababa ababa ababa ababa
j=0 j=0 j=1 j=2 j=3
i=9
第十六趟:ababcababa
ababa
j=4(匹配成功)
代码实现:
int
BFMatch(
char
*s,
char
*p)
{
int
i,j;
i=0;
while
(i<
strlen
(s))
{
j=0;
while
(s[i]==p[j]&&j<
strlen
(p))
{
i++;
j++;
}
if
(j==
strlen
(p))
return
i-
strlen
(p);
i=i-j+1;
//指针i回溯
}
return
-1;
}
其实在上面的匹配过程中,有很多比较是多余的。在第五趟匹配失败的时候,在第六趟,i可以保持不变,j值为2。因为在前面匹配的过程中,对于串S,已知s0s1s2s3=p0p1p2p3,又因为p0!=p1!,所以第六趟的匹配是多余的。又由于p0==p2,p1==p3,所以第七趟和第八趟的匹配也是多余的。在KMP算法中就省略了这些多余的匹配。
二.KMP算法
KMP算法之所以叫做KMP算法是因为这个算法是由三个人共同提出来的,就取三个人名字的首字母作为该算法的名字。其实KMP算法与BF算法的区别就在于KMP算法巧妙的消除了指针i的回溯问题,只需确定下次匹配j的位置即可,使得问题的复杂度由O(mn)下降到O(m+n)。
在KMP算法中,为了确定在匹配不成功时,下次匹配时j的位置,引入了next[]数组,next[j]的值表示P[0...j-1]中最长后缀的长度等于相同字符序列的前缀。
对于next[]数组的定义如下:
1)next[j]=-1 j=0
2)next[j]=max k:0<k<j P[0...k-1]=P[j-k,j-1]
3)next[j]=0 其他
如:
P a b a b a
j 0 1 2 3 4
next -1 0 0 1 2
即next[j]=k>0时,表示P[0...k-1]=P[j-k,j-1]
因此KMP算法的思想就是:在匹配过程称,若发生不匹配的情况,如果next[j]>=0,则目标串的指针i不变,将模式串的指针j移动到next[j]的位置继续进行匹配;若next[j]=-1,则将i右移1位,并将j置0,继续进行比较。
代码实现如下:
int
KMPMatch(
char
*s,
char
*p)
{
int
next[100];
int
i,j;
i=0;
j=0;
getNext(p,next);
while
(i<
strlen
(s))
{
if
(j==-1||s[i]==p[j])
{
i++;
j++;
}
else
{
j=next[j];
//消除了指针i的回溯
}
if
(j==
strlen
(p))
return
i-
strlen
(p);
}
return
-1;
}
1.按照递推的思想:
根据定义next[0]=-1,假设next[j]=k, 即P[0...k-1]==P[j-k,j-1]
1)若P[j]==P[k],则有P[0..k]==P[j-k,j],很显然,next[j+1]=next[j]+1=k+1;
2)若P[j]!=P[k],则可以把其看做模式匹配的问题,即匹配失败的时候,k值如何移动,显然k=next[k]。
因此可以这样去实现:
void
getNext(
char
*p,
int
*next)
{
int
j,k;
next[0]=-1;
j=0;
k=-1;
while
(j<
strlen
(p)-1)
{
if
(k==-1||p[j]==p[k])
//匹配的情况下,p[j]==p[k]
{
j++;
k++;
next[j]=k;
}
else
//p[j]!=p[k]
k=next[k];
}
}
void getNext(char *p,int *next){inti,j,temp;for(i=0;i<strlen(p);i++){if(i==0){next[i]=-1;//next[0]=-1}elseif(i==1) {next[i]=0;//next[1]=0}else{temp=i-1;for(j=temp;j>0;j--){if(equals(p,i,j)){next[i]=j;//找到最大的k值break;}}if(j==0)next[i]=0;}}}boolequals(char *p,int i,intj) //判断p[0...j-1]与p[i-j...i-1]是否相等{intk=0;ints=i-j;for(;k<=j-1&&s<=i-1;k++,s++){if(p[k]!=p[s])returnfalse;}returntrue;}
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