KMP算法
来源：互联网 发布：淘宝有哪家af代购正品 编辑：程序博客网 时间：2024/06/04 00:24
- 第一部分
1、KMP 算法思想
普通的字符串匹配算法必须要回溯。但回溯就影响了效率，回溯是由T串本身的性质决定的，是因为T串本身有前后'部分匹配'的性质。像上面所说如果主串为abcdef这样的，大没有回溯的必要。
改进的地方也就是这里，我们从T串本身出发，事先就找准了T自身前后部分匹配的位置，那就可以改进算法。
如果不用回溯，那模式串下一个位置从哪里开始呢？
还是上面那个例子，T(模式串)为ababc，如果c失配，那就可以往前移到aba最后一个a的位置，像这样：
...ababd...
ababc
->ababc
这样i不用回溯，j跳到前2个位置，继续匹配的过程，这就是KMP算法所在。这个当T[j]失配后，j应该往前跳的值就是j的next值，它是由T串本身固有决定的，与S串(主串)无关。
2、next数组的含义
重点来了。下面解释一下next数组的含义，这个也是KMP算法中比较不好理解的一点。
令原始串为: S[i]，其中0<=i<=n；模式串为: T[j]，其中0<=j<=m。
假设目前匹配到如下位置
S0,S1,S2,...,Si-j,Si-j+1...............,Si-1,Si, Si+1,....,Sn
T0,T1,.....................,Tj-1,Tj, ..........
S和T的绿色部分匹配成功，恰好到Si和Tj的时候失配，如果要保持i不变，同时达到让模式串T相对于原始串S右移的话，可以更新j的值，让Si和新的Tj进行匹配，假设新的j用next[j]表示，即让Si和next[j]匹配，显然新的j值要小于之前的j值，模式串才会是右移的效果，也就是说应该有next[j] <= j -1。那新的j值也就是next[j]应该是多少呢？我们观察如下的匹配：
1)如果模式串右移1位（从简单的思考起，移动一位会怎么样），即next[j] = j - 1， 即让蓝色的Si和Tj-1匹配(注：省略号为未匹配部分)
S0,S1,S2,...,Si-j,Si-j+1...............,Si-1,Si, Si+1,....,Sn
T0,T1,.....................,Tj-1,Tj, .......... (T的划线部分和S划线部分相等【1】)
T0,T1,.................Tj-2,Tj-1,....... (移动后的T的划线部分和S的划线部分相等【2】)
根据【1】【2】可以知道当next[j] =j -1，即模式串右移一位的时候，有T[0 ~ j-2] == T[1 ~ j-1]，而这两部分恰好是字符串T[0 ~j-1]的前缀和后缀，也就是说next[j]的值取决于模式串T中j前面部分的前缀和后缀相等部分的长度（好好揣摩这两个关键字概念：前缀、后缀，或者再想想，我的上一篇文章，从Trie树谈到后缀树中，后缀树的概念）。
2)如果模式串右移2位，即next[j] = j - 2， 即让蓝色的Si和Tj-2匹配
S0,S1,...,Si-j,Si-j+1,Si-j+2...............,Si-1,Si, Si+1,....,Sn
T0,T1,T2,.....................,Tj-1,Tj, ..........(T的划线部分和S划线部分相等【3】)
T0,T1,...............,Tj-3,Tj-2,.........(移动后的T的划线部分和S的划线部分相等【4】)
同样根据【3】【4】可以知道当next[j] =j -2，即模式串右移两位的时候，有T[0 ~ j-3] == T[2 ~ j-1]。而这两部分也恰好是字符串T[0 ~j-1]的前缀和后缀，也就是说next[j]的值取决于模式串T中j前面部分的前缀和后缀相等部分的长度。
3)依次类推，可以得到如下结论：当发生失配的情况下，j的新值next[j]取决于模式串中T[0 ~ j-1]中前缀和后缀相等部分的长度， 并且next[j]恰好等于这个最大长度。
为此，请再允许我引用上文中的一段原文：“KMP算法中，如果当前字符匹配成功，即S[i]==T[j]，令i++，j++，继续匹配下一个字符；如果匹配失败，即S[i] != T[j]，需要保持i不变，并且让j = next[j]，这里next[j] <=j -1，即模式串T相对于原始串S向右移动了至少1位(移动的实际位数j - next[j] >=1),
同时移动之后，i之前的部分（即S[i-j+1 ~ i-1]），和j=next[j]之前的部分（即T[0 ~ j-2]）仍然相等。显然，相对于BF算法来说，KMP移动更多的位数，起到了一个加速的作用！(失配的特殊情形，令j=next[j]导致j==0的时候，需要将i ++，否则此时没有移动模式串)。”
于此，也就不难理解了我的关于KMP算法的第二篇文章之中：“当匹配到S[i] != P[j]的时候有 S[i-j…i-1] = P[0…j-1]. 如果下面用j_next去匹配，则有P[0…j_next-1] = S[i-j_next…i-1] = P[j-j_next…j-1]。此过程如下图3-1所示。
当匹配到S[i] != P[j]时，S[i-j…i-1] = P[0…j-1]：
S: 0 … i-j … i-1 i …
P: 0 … j-1 j …
如果下面用j_next去匹配，则有P[0…j_next-1] = S[i-j_next…i-1] = P[j-j_next…j-1]。
所以在P中有如下匹配关系（获得这个匹配关系的意义是用来求next数组）：
P: 0 … j-j_next .…j-1_ …
P: 0 … .j_next-1 …
所以，根据上面两个步骤，推出下一匹配位置j_next:
S: 0 … i-j … i-j_next … i-1 i …
P: 0 … j_next-1 j_next …
图3-1 求j-next（最大的值）的三个步骤
下面，我们用变量k来代表求得的j_next的最大值，即k表示这S[i]、P[j]不匹配时P中下一个用来匹配的位置，使得P[0…k-1] = P[j-k…j-1]，即如下图所示：
而我们要尽量找到这个k的最大值。”。
根据上文的【1】与【2】的匹配情况，可得第二篇文章之中所谓的k=1（如aaaa的形式），根据上文的【3】与【4】的匹配情况，k=2（如abab的形式）。
再次总结下，如下图：
1、 Si-k+1Si-k+2…Si-1 = Pj-k+1Pj-k+2…Pj-1。
2、 Si-k+1Si-k+2…Si-1 = P1P2…Pk-1。
Pj-k+1Pj-k+2…Pj-1 = P1P2…Pk-1。
而P1P2…Pk-1和Pj-k+1Pj-k+2…Pj-1就相当于P串的前缀和后缀，前已说过，你心中一定要有前缀和后缀的概念或意识。
所以，归根究底，KMP算法的本质便是：每一次匹配都是基于前一次匹配的结果，如何更好地利用这前一次匹配的结果呢？针对待匹配的模式串的特点，判断它是否有重复的字符，从而找到它的前缀与后缀，进而求出相应的Next数组，最终根据Next数组而进行KMP匹配。接下来，进入本文的第二部分。
第二部分、next数组求法的来龙去脉与KMP算法的源码
本部分引自个人此前的关于KMP算法的第二篇文章：六之续、由KMP算法谈到BM算法。前面，我们已经知道即不能让P[j]=P[next[j]]成立成立。不能再出现上面那样的情况啊！即不能有这种情况出现：P[3]=b，而竟也有P[next[3]]=P[1]=b。
正如在第二篇文章中，所提到的那样：“这里读者理解可能有困难的是因为文中，时而next，时而nextval，把他们的思维搞混乱了。其实next用于表达数组索引，而nextval专用于表达next数组索引下的具体各值，区别细微。至于文中说不允许P![[j]](http://img.t.sinajs.cn/t35/style/images/common/face/ext/normal/af/newj_org.gif "[j]")
=P[next[j] ]出现，是因为已经有P![[3]](http://img.t.sinajs.cn/t35/style/images/common/face/ext/normal/78/three_org.gif "[3]")
=b与S![[i]](http://img.t.sinajs.cn/t35/style/images/common/face/ext/normal/e6/weiboi_org.gif "[i]")
匹配败，而P[next]=P1=b，若再拿P[1]=b去与S匹配则必败。”--六之续、由KMP算法谈到BM算法。
又恰恰如上文中所述：“模式串T相对于原始串S向右移动了至少1位(移动的实际位数j - next[j] >=1)”。
ok，求next数组的get_nextval函数正确代码如下：
//代码4-1
//修正后的求next数组各值的函数代码
void get_nextval(char const* ptrn, int plen, int* nextval)
{
int i = 0;
nextval[i] = -1;
int j = -1;
while( i < plen-1 )
{
if( j == -1 || ptrn[i] == ptrn[j] ) //循环的if部分
{
++i;
++j;
//修正的地方就发生下面这4行
if( ptrn[i] != ptrn[j] ) //++i，++j之后，再次判断ptrn[i]与ptrn[j]的关系
nextval[i] = j; //之前的错误解法就在于整个判断只有这一句。
else
nextval[i] = nextval[j];
}
else //循环的else部分
j = nextval[j];
}
}
举个例子，举例说明下上述求next数组的方法。
S a b a b a b c
P a b a b c
S[4] != P[4]
那么下一个和S[4]匹配的位置是k=2(也即P[next[4]])。此处的k=2也再次佐证了上文第3节开头处关于为了找到下一个匹配的位置时k的求法。上面的主串与模式串开头4个字符都是“abab”，所以，匹配失效后下一个匹配的位置直接跳两步继续进行匹配。
S a b a b a b c
P a b a b c
匹配成功P的next数组值分别为-1 0 -1 0 2
next数组各值怎么求出来的呢?分以下五步：
- 初始化：i=0，j=-1，nextval[0] = -1。由于j == -1，进入上述循环的if部分，++i得i=1，++j得j=0，且ptrn[i] != ptrn[j]（即a！=b）），所以得到第二个next值即nextval[1] = 0；；
- i=1，j=0，进入循环esle部分，j=nextval[j]=nextval[0]=-1；
- 进入循环的if部分，++i，++j，i=2，j=0，因为ptrn[i]=ptrn[j]=a,所以nextval[2]=nextval[0]=-1；
- i=2, j=0, 由于ptrn[i]=ptrn[j],再次进入循环if部分，所以++i=3，++j=1,因为ptrn[i]=ptrn[j]=b,所以nextval[3]=nextval[1]=0；
- i=3,j=1,由于ptrn[i]=ptrn[j]=b,所以++i=4，++j=2,退出循环。
这样上例中模式串的next数组各值最终应该为:
图4-1 正确的next数组各值
next数组求解的具体过程如下：
初始化：nextval[0] = -1，我们得到第一个next值即-1.
图4-2 初始化第一个next值即-1
i = 0，j = -1，由于j == -1，进入上述循环的if部分，++i得i=1，++j得j=0，且ptrn[i] != ptrn[j]（即a！=b）），所以得到第二个next值即nextval[1] = 0；
图4-3 第二个next值0
上面我们已经得到，i= 1，j = 0，由于不满足条件j == -1 || ptrn[i] == ptrn[j]，所以进入循环的esle部分，得j = nextval[j] = -1；此时，仍满足循环条件，由于i = 1，j = -1，因为j == -1，再次进入循环的if部分，++i得i=2，++j得j=0，由于ptrn[i] == ptrn[j]（即ptrn[2]=ptrn[0]，也就是说第1个元素和第三个元素都是a），所以进入循环if部分内嵌的else部分，得到nextval[2] = nextval[0] = -1；
图4-4 第三个next数组元素值-1
i = 2，j = 0，由于ptrn[i] == ptrn[j]，进入if部分，++i得i=3，++j得j=1，所以ptrn[i] == ptrn[j]（ptrn[3]==ptrn[1]，也就是说第2个元素和第4个元素都是b），所以进入循环if部分内嵌的else部分，得到nextval[3] = nextval[1] = 0；
图4-5 第四个数组元素值0
如果你还是没有弄懂上述过程是怎么一回事，请现在拿出一张纸和一支笔出来，一步一步的画下上述过程。相信我，把图画出来了之后，你一定能明白它的。
然后，我留一个问题给读者，为什么上述的next数组要那么求?有什么原理么?
提示：我们从上述字符串abab 各字符的next值-1 0 -1 0，可以看出来，根据求得的next数组值，偷用前缀、后缀的概念，一定可以判断出在abab之中，前缀和后缀相同，即都是ab，反过来，如果一个字符串的前缀和后缀相同，那么根据前缀和后缀依次求得的next各值也是相同的。
- 5、利用求得的next数组各值运用Kmp算法
Ok，next数组各值已经求得，万事俱备，东风也不欠了。接下来，咱们就要应用求得的next值，应用KMP算法来匹配字符串了。还记得KMP算法是怎么一回事吗?容我再次引用下之前的KMP算法的代码，如下：
//代码5-1
//int kmp_seach(char const*, int, char const*, int, int const*, int pos) KMP模式匹配函数
//输入：src, slen主串
//输入：patn, plen模式串
//输入：nextval KMP算法中的next函数值数组
int kmp_search(char const* src, int slen, char const* patn, int plen, int const* nextval, int pos)
{
int i = pos;
int j = 0;
while ( i < slen && j < plen )
{
if( j == -1 || src[i] == patn[j] )
{
++i;
++j;
}
else
{
j = nextval[j];
//当匹配失败的时候直接用p[j_next]与s[i]比较，
//下面阐述怎么求这个值，即匹配失效后下一次匹配的位置
}
}
if( j >= plen )
return i-plen;
else
return -1;
}
我们上面已经求得的next值，如下：
图5-1 求得的正确的next数组元素各值
以下是匹配过程，分三步：
第一步：主串和模式串如下，S[3]与P[3]匹配失败。
图5-2 第一步，S[3]与P[3]匹配失败
第二步：S[3]保持不变，P的下一个匹配位置是P[next[3]]，而next[3]=0,所以P[next[3]]=P[0]，即P[0]与S[3]匹配。在P[0]与S[3]处匹配失败。
图5-3 第二步，在P[0]与S[3]处匹配失败
第三步：与上文中第3小节末的情况一致。由于上述第三步中，P[0]与S[3]还是不匹配。此时i=3,j=nextval[0]=-1,由于满足条件j==-1，所以进入循环的if部分,++i=4,++j=0,即主串指针下移一个位置，从P[0]与S[4]处开始匹配。最后j==plen，跳出循环，输出结果i-plen=4(即字串第一次出现的位置），匹配成功，算法结束。
图5-4 第三步，匹配成功，算法结束
所以，综上，总结上述三步为：
- 开始匹配，直到P[3]！=S[3]，匹配失败；
- nextval[3]=0，所以P[0]继续与S[3]匹配，再次匹配失败；
- nextval[0]=-1，满足循环if部分条件j==-1，所以，++i，++j，主串指针下移一个位置，从P[0]与S[4]处开始匹配，最后j==plen，跳出循环，输出结果i-plen=4，算法结束。
第三部分、KMP算法的两种实现
3.1、KMP算法的第一种实现（优化版）
代码实现一：
根据上文中第二部分内容的解析，完整写出KMP算法的代码已经不是难事了，如下：
//copyright@2011 binghu and july
#include "StdAfx.h"
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
//代码4-1
//修正后的求next数组各值的函数代码
void get_nextval(char const* ptrn, int plen, int* nextval)
{
int i = 0; //注，此处与下文的代码实现二不同的是，i是从0开始的（代码实现二i从1开始）
nextval[i] = -1;
int j = -1;
while( i < plen-1 )
{
if( j == -1 || ptrn[i] == ptrn[j] ) //循环的if部分
{
++i;
++j;
//修正的地方就发生下面这4行
if( ptrn[i] != ptrn[j] ) //++i，++j之后，再次判断ptrn[i]与ptrn[j]的关系
nextval[i] = j; //之前的错误解法就在于整个判断只有这一句。
else
nextval[i] = nextval[j];
}
else //循环的else部分
j = nextval[j];
}
}
void print_progress(char const* src, int src_index, char const* pstr, int pstr_index)
{
cout<<src_index<<"\t"<<src<<endl;
cout<<pstr_index<<"\t";
for( int i = 0; i < src_index-pstr_index; ++i )
cout<<" ";
cout<<pstr<<endl;
cout<<endl;
}
//代码5-1
//int kmp_seach(char const*, int, char const*, int, int const*, int pos) KMP模式匹配函数
//输入：src, slen主串
//输入：patn, plen模式串
//输入：nextval KMP算法中的next函数值数组
int kmp_search(char const* src, int slen, char const* patn, int plen, int const* nextval, int pos)
{
int i = pos;
int j = 0;
while ( i < slen && j < plen )
{
if( j == -1 || src[i] == patn[j] )
{
++i;
++j;
}
else
{
j = nextval[j];
//当匹配失败的时候直接用p[j_next]与s[i]比较，
//下面阐述怎么求这个值，即匹配失效后下一次匹配的位置
}
}
if( j >= plen )
return i-plen;
else
return -1;
}
int main()
{
std::string src = "aabcabcebafabcabceabcaefabcacdabcab";
std::string prn = "abac";
int* nextval = new int[prn.size()];
//int* next = new int[prn.size()];
get_nextval(prn.data(), prn.size(), nextval);
//get_next(prn.data(), prn.size(), next);
for( int i = 0; i < prn.size(); ++i )
cout<<nextval[i]<<"\t";
cout<<endl;
cout<<"result sub str: "<<src.substr( kmp_search(src.data(), src.size(), prn.data(), prn.size(), nextval, 0) )<<endl;
system("pause");
delete[] nextval;
return 0;
}
运行结果，如下图所示：
3.2、KMP算法的第二种实现（原始版）
代码实现二：
再给出代码实现二之前，让我们再次回顾下关于KMP算法的第一篇文章中的部分内容：
“第二节、KMP算法
2.1、 覆盖函数(overlay_function)
覆盖函数所表征的是pattern本身的性质，可以让为其表征的是pattern从左开始的所有连续子串的自我覆盖程度。比如如下的字串，abaabcaba
可能上面的图令读者理解起来还是不那么清晰易懂，其实很简单，针对字符串abaabcaba
a（-1） b（-1）a（0） a（0） b（1） c（-1） a（0） b（1）a（2）
解释：
- 初始化为-1
- b与a不同为-1
- 与第一个字符a相同为0
- 还是a为0
- 后缀ab与前缀ab两个字符相同为1
- 前面并无前缀c为-1
- 与第一个字符同为0
- 后缀ab前缀ab为1
- 前缀aba后缀aba为2
由于计数是从0始的，因此覆盖函数的值为0说明有1个匹配，对于从0还是从来开始计数是偏好问题，具体请自行调整，其中-1表示没有覆盖，那么何为覆盖呢，下面比较数学的来看一下定义，比如对于序列
a0a1...aj-1aj
要找到一个k,使它满足
a0a1...ak-1ak=aj-kaj-k+1...aj-1aj
而没有更大的k满足这个条件，就是说要找到尽可能大k,使pattern前k字符与后k字符相匹配，k要尽可能的大，原因是如果有比较大的k存在。
但若我们选择较小的满足条件的k，那么当失配时，我们就会使pattern向右移动的位置变大，而较少的移动位置是存在匹配的，这样我们就会把可能匹配的结果丢失。比如下面的序列，
在红色部分失配，正确的结果是k=1的情况，把pattern右移4位，如果选择k=0,右移5位则会产生错误。计算这个overlay函数的方法可以采用递推，可以想象如果对于pattern的前j个字符，如果覆盖函数值为k
a0a1...ak-1ak=aj-kaj-k+1...aj-1aj
则对于pattern的前j+1序列字符，则有如下可能
⑴ pattern[k+1]==pattern[j+1] 此时overlay(j+1)=k+1=overlay(j)+1
⑵ pattern[k+1]≠pattern[j+1] 此时只能在pattern前k+1个子符组所的子串中找到相应的overlay函数，h=overlay(k),如果此时pattern[h+1]==pattern[j+1],则overlay(j+1)=h+1否则重复(2)过程.
下面给出一段计算覆盖函数的代码：
//copyright@ staurman
//updated@2011 July
#include "StdAfx.h"
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//solve to the next array
void compute_overlay(const string& pattern)
{
const int pattern_length = pattern.size();
int *overlay_function = new int[pattern_length];
int index;
overlay_function[0] = -1;
for(int i=1;i<pattern_length;++i)
//注，与上文代码段一不同的是，此处i是从1开始的，所以，下文中运用俩种方法求出来的next数组各值会有所不同
{
index = overlay_function[i-1];
//store previous fail position k to index;
while(index>=0 && pattern[i]!=pattern[index+1])
{
index = overlay_function[index];
}
if(pattern[i]==pattern[index+1])
{
overlay_function[i] = index + 1;
}
else
{
overlay_function[i] = -1;
}
}
for(int i=0;i<pattern_length;++i)
{
cout<<overlay_function[i]<<endl;
}
delete[] overlay_function;
}
//abaabcaba
int main()
{
string pattern = "abaabcaba";
compute_overlay(pattern);
system("pause");
return 0;
}
运行结果如下所示：
2.2、kmp算法
有了覆盖函数，那么实现kmp算法就是很简单的了，我们的原则还是从左向右匹配，但是当失配发生时，我们不用把target_index向回移动，target_index前面已经匹配过的部分在pattern自身就能体现出来，只要动pattern_index就可以了。
当发生在j长度失配时，只要把pattern向右移动j-overlay(j)长度就可以了。
如果失配时pattern_index==0，相当于pattern第一个字符就不匹配，这时就应该把target_index加1，向右移动1位就可以了。
ok，下图就是KMP算法的过程（红色即是采用KMP算法的执行过程）：
（另一作者saturnman发现，在上述KMP匹配过程图中，index=8和index=11处画错了。还有，anaven也早已发现，index=3处也画错了。非常感谢。但图已无法修改，见谅）
KMP 算法可在O（n+m）时间内完成全部的串的模式匹配工作。”
OK，下面此前写的关于KMP算法的第一篇文章中的源码：
//copyright@ saturnman
//updated@ 2011 July
#include "stdafx.h"
#include<iostream>
#include<string>
#include <vector>
using namespace std;
int kmp_find(const string& target,const string& pattern)
{
const int target_length=target.size();
const int pattern_length=pattern.size();
int* overlay_value=new int[pattern_length];
overlay_value[0]=-1; //remember:next array's first number was -1.
int index=0;
//next array
for (int i=1;i<pattern_length;++i)
//注，此处的i是从1开始的
{
index=overlay_value[i-1];
while (index>=0 && pattern[index+1]!=pattern[i]) //remember:!=
{
index=overlay_value[index];
}
if(pattern[index+1] == pattern[i])
{
overlay_value[i]=index+1;
}
else
{
overlay_value[i]=-1;
}
}
//mach algorithm start
int pattern_index=0;
int target_index=0;
while (pattern_index<pattern_length && target_index<target_length)
{
if (target[target_index] == pattern[pattern_index])
{
++target_index;
++pattern_index;
}
else if(pattern_index==0)
{
++target_index;
}
else
{
pattern_index=overlay_value[pattern_index-1]+1;
}
}
if (pattern_index==pattern_length)
{
return target_index-pattern_index;
}
else
{
return -1;
}
delete [] overlay_value;
}
int main()
{
string sourc="ababc";
string pattern="abc";
cout<<kmp_find(sourc,pattern)<<endl;
system("pause");
return 0;
}
由于是abc跟ababc匹配，那么将返回匹配的位置“2”，运行结果如所示：
第四部分、测试
针对上文中第三部分的两段代码测试了下，纠结了，两种求next数组的方法对同一个字符串求next数组各值，得到的结果竟然不一样，如下二图所示：
1、两种方法对字符串abab求next数组各值比较（下图左边为代码实现一内求next数组方法的结果，右边为代码实现二内求next数组方法的结果）：
2、两种对字符串abaabcaba求next数组各值比较（下图左边为代码实现一内求next数组方法的结果，右边为代码实现二内求next数组方法的结果）：
为何会这样呢，其实很简单，上文中已经有所说明了，代码实现一的i 是从0开始的，代码实现二的i 是从1开始的。但从最终的运行结果来看，暂时还是以代码实现段二为准。
H_R_D_127：这两种求next数组的方式的差异之处并非楼主所说的，i从0开始和i从1开始的区别，而是一个进行了优化，一个没有进行优化的区别，例如 abab 没优化的next为-1 -1 0 1，优化后的为-1 0 -1 0，关键点就在最后一个b，第一种是b不匹配的时候会跳到1这个位置，然而我们能发现，1这个位置的仍然是b，也就是说，跳的1这个位置之后仍然不匹配，所以优化后跳到起始位置，所以这两种方式的根本区别就在此。
第五部分、KMP完整准确源码
//copyright@ staurman
//updated@2011 July
#include "StdAfx.h"
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//solve to the next array
void compute_overlay(const string& pattern)
{
const int pattern_length = pattern.size();
int *overlay_function = new int[pattern_length];
int index;
overlay_function[0] = -1;
for(int i=1;i<pattern_length;++i)
{
index = overlay_function[i-1];
//store previous fail position k to index;
while(index>=0 && pattern[i]!=pattern[index+1])
{
index = overlay_function[index];
}
if(pattern[i]==pattern[index+1])
{
overlay_function[i] = index + 1;
}
else
{
overlay_function[i] = -1;
}
}
for(int i=0;i<pattern_length;++i)
{
cout<<overlay_function[i]<<endl;
}
delete[] overlay_function;
}
//abaabcaba
int main()
{
string pattern = "abaabcaba";
compute_overlay(pattern);
system("pause");
return 0;
}
运行结果入下图所示：abab的next数组各值是-1，-1,0,1，而非本文第二部分所述的-1,0，-1,0。为什么呢？难道是搬石头砸了自己的脚？
NO，上文第四部分末已经详细说明，上处代码i 从0开始，本文第二部分代码i 从1开始。
xiejianfeng2003：
“这两种求next数组的方式的差异之处并非楼主所说的，i从0开始和i从1开始的区别，而是一个进行了优化，一个没有进行优化的区别”，第二种方法是KMP的原始想法，第一种在此基础上进行了优化。关于第二种方法，楼主的想法是对的，但是代码错了。字符串“abaabcaba”中c下面肯定是2，不可能是-1，楼主带进和字符串“abaabaabcaba”比较一下就会明白。
KMP算法完整源码，如下：
//copyright@ saturnman
//updated@ 2011 July
#include "stdafx.h"
#include<iostream>
#include<string>
#include <vector>
using namespace std;
int kmp_find(const string& target,const string& pattern)
{
const int target_length=target.size();
const int pattern_length=pattern.size();
int* overlay_value=new int[pattern_length];
overlay_value[0]=-1; //remember:next array's first number was -1.
int index=0;
//next array
for (int i=1;i<pattern_length;++i)
//注，此处的i是从1开始的
{
index=overlay_value[i-1];
while (index>=0 && pattern[index+1]!=pattern[i])
{
index=overlay_value[index];
}
if(pattern[index+1] == pattern[i])
{
overlay_value[i]=index+1;
}
else
{
overlay_value[i]=-1;
}
}
//mach algorithm start
int pattern_index=0;
int target_index=0;
while (pattern_index<pattern_length && target_index<target_length)
{
if (target[target_index] == pattern[pattern_index])
{
++target_index;
++pattern_index;
}
else if(pattern_index==0)
{
++target_index;
}
else
{
pattern_index=overlay_value[pattern_index-1]+1;
}
}
if (pattern_index==pattern_length)
{
return target_index-pattern_index;
}
else
{
return -1;
}
delete [] overlay_value;
}
int main()
{
string sourc="ababc";
string pattern="abc";
cout<<kmp_find(sourc,pattern)<<endl;
system("pause");
return 0;
}
运行结果如下：
第六部分、一眼看出字符串的next数组各值
上文已经用程序求出了一个字符串的next数组各值，接下来，稍稍演示下，如何一眼大致判断出next数组各值，以及初步判断某个程序求出的next数组各值是不是正确的。有一点务必注意：下文中的代码全部采取代码实现二，即i是从1开始的。
- 1、对字符串aba求next数组各值，各位可以先猜猜，-1，...，aba中，a初始化为-1，第二个字符b与a不同也为-1，最后一个字符和第一个字符都是a，所以，我猜其next数组各值应该是-1，-1,0，结果也不出所料，如下图所示：
- 2、字符串“abab”呢，不用猜了，我已经看出来了，当然上文中代码实现一和代码实现二都已经求出来了。如果i 是1开始的话，那么next数组各值将如代码实现二所运行的那样，将是：-1，-1,0,1；
- 3、字符串“abaabcaba”呢，next数组如上第三部分代码实现二所述，为-1，-1,0,0,1，-1,0,1,2；
- 4、字符串“abcdab”呢，next数组各值将是-1，-1，-1，-1,0,1；
- 5、字符串“abcdabc”呢，next数组各值将是-1，-1，-1，-1,0,1,2；
- 6、字符串“abcdabcd”呢，那么next数组各值将是-1，-1，-1，-1,0，1,2,3；
怎么样，看出规律来了没？呵呵，可以用上述第五部分中求next数组的方法自个多试探几次，相信，很快，你也会跟我一样，不用计算，一眼便能看出某个字符串的next数组各值了。如此便恭喜你，理解了next数组的求法，KMP算法也就算是真真正正彻彻底底的理解了（至于如何运用求得的next数组各值来进行kmp算法的匹配的具体方法与过程，请转到本文第二部分。不过，需要你注意的是，本文第二部分的i 是从0开始的）。完。
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