字符串匹配算法(KMP)

两个字符串A、B,在A字符串中查找B字符串(分别长为m,n),如果找到了,返回B字符串在A字符串中第一次出现的下标。

暴力的方法是在A[k],从k=0开始对比B字符串汇中的字符,如果失败了,那么k++,时间复杂度为mn
这种算法忽略的B字符串中特性,也就是说,只向后移动一位对就开始对比,实际中,可能需要移动的位数更多。

所以,需要先找一下规律,当在A[k]出对比B字符串失败后,应该向后移动多少位(也就是A[k+?]),开始对比?

引入一个概念:字符串前后缀最大相同长度
也就是一个字符串,如果前面n位和后面n位字符完全相同(顺序一样,不是镜像)。那么n就是字符串前后缀最大相同长度(名字不要在意,别的都是公共部分,我觉得别扭)。假设该字符串长为m,那么n的取值范围为0~m,也就是说这个前缀和后缀可以重叠,可以完全重叠。

假若,在A[k]中匹配B,在B[h]开始不同,那么直接向后移动B字符串前h位的前后缀最大长度(以后都称为next[h])既可。
当在B[h]匹配失败后,B[h-next[k]]B[h]的字符串(前缀)与B[0]B[next[k]]的字符串(后缀)是相同的,在A中对应的位置也是相同的。此时,只需要将B[0]移动到B[h-next[h]]位置,移动后,B在A中的前next[h]位是已经匹配好的。所以不需要再从B[0]开始匹配了。

为什么可以跳过这么多的位置,重要的要理解next[]的构造过程。

构造过程之这样子的:
next从下标1开始存储,因为B从开始到结束,子字符串长度为0没意义。当子字符串长度为1是,next[1]=1

假设当子字符串长度为k时(也就是B[k-1]以及之前),前后缀最大相同长度为m

子字符串长度为k+1:当B[k]=B[m+1]时 ,(B[k]为之前的后缀之后的第一个字符,B[m+1]是前缀之后的第一个字符,如果相等,就是前后缀最大相同长度+1),所以next[k+1]=next[k-1]+1

不想等时:开始比较B[m]位和B[k]位,如果相等也就是,之前的后缀和前缀,在后面有公共部分。其相同长度可能为next[m]+1,因为B[m-1]子字符串的前缀的后一位可能不等于B[m]。如果相等,那么next[k]=next[next[k]]+1
否则,再比较B[m-1]B[k],同上。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;


vector<int> calNext(const string &str)
{
    int len = str.size();                                   //总长度
    vector<int> next(len + 1);
    next[2] = 0;
    int sublen;                                             //要计算next的子字符串
    for(int i = 2; i < len ; i++)  
    {
        sublen = i+1;
        if(str[i] == str[next[sublen-1]] )                  //sublen - 1 上一个子字符串长度
        {                                                   //next[sublen - 1] 上个子字符串前缀的后一位
            next[sublen] = next[sublen-1] +1;
        }else{
        
        //B子字符串前缀右移,以此比较其前缀与str[i]
        for(int j = next[sublen-1] -1  ; j >= 0; j--)         
        {
            //比较子字符串前缀与str[i]
            if(str[next[j]] == str[i])
            {
                //如果子字符串前缀后一位与str[i]相同
                //那么比较以前缀为子字符串的前缀的后一位与str[i]
                //这样就还是比较了一个子字符串的前缀和后缀与待计算next的字符
                if(str[next[next[j]-1]] == str[i])
                //上面的-1,是将长度转化为下标,next中的都是下标
                {
                    next[i+1] = next[next[j]]+1;
                    break;
                }
            }
        }
        }
    }
return next;
}

int main()
{
    string str("ABCKACBACLABKJ");
    str="abaabcaba";
    vector<int> next = calNext(str);

    for(int i = 1 ;i < next.size();i++)
    {
        cout<<next[i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
}

这就是next的构建,其基本思想是:
比较一个子字符串的前缀后一位和后缀后一位与待计算next字符,如果一样,那么待计算字符的next值就是子字符串的next值+1.
现在next中存储的就是每次跳转的时候额外跳转的歩数,同时也是跳转以后搜索的起点。

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