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  • 字符串匹配的KMP算法

     

    当两个字符串进行顺序匹配出现某字符匹配不正确时,被匹配字串的开始位置要回退,这是个不效率的工序,而KMP就是用来尽量减少回退的位置,使得重复工序降低。

    KMP算法的关键思路:

    1 先是按照正常的字串匹配方式进行匹配。

    2 一旦在匹配到第N+1项匹配失败时,计算匹配字符串前N项字串的”前缀“和”后缀“子串中的最长公共子串(假设长度为n)

    3 回退的位置就等于 匹配字串长度-匹配字串中最长公共字子串长度=N-n

    下面这段代码是用来获取一个字串中所有前缀子串的最长公共串的长度

    i_child=0
    i_end=1
    
    s="123412121234"
    ret=[0]
    tl=len(s)
    
    while i_end < tl:
        if s[i_child] == s[i_end] :
            i_child += 1
        else :
            i_child = 0
            if s[i_child] == s[i_end] :
                i_child += 1
        ret += [i_child]
        i_end += 1
        
    print  ret

    ==============================================================================

    下面这篇博客算是解释KMP算法最通俗易懂的了

    字符串匹配是计算机的基本任务之一。

      举例来说,有一个字符串"BBC ABCDAB ABCDABCDABDE",我想知道,里面是否包含另一个字符串"ABCDABD"?

      许多算法可以完成这个任务,Knuth-Morris-Pratt算法(简称KMP)是最常用的之一。它以三个发明者命名,起头的那个K就是著名科学家Donald Knuth。

      这种算法不太容易理解,网上有很多解释,但读起来都很费劲。直到读到Jake Boxer的文章,我才真正理解这种算法。下面,我用自己的语言,试图写一篇比较好懂的KMP算法解释。

      1.

      首先,字符串"BBC ABCDAB ABCDABCDABDE"的第一个字符与搜索词"ABCDABD"的第一个字符,进行比较。因为B与A不匹配,所以搜索词后移一位。

      2.

      因为B与A不匹配,搜索词再往后移。

      3.

      就这样,直到字符串有一个字符,与搜索词的第一个字符相同为止。

      4.

      接着比较字符串和搜索词的下一个字符,还是相同。

      5.

      直到字符串有一个字符,与搜索词对应的字符不相同为止。

      6.

      这时,最自然的反应是,将搜索词整个后移一位,再从头逐个比较。这样做虽然可行,但是效率很差,因为你要把"搜索位置"移到已经比较过的位置,重比一遍。

      7.

      一个基本事实是,当空格与D不匹配时,你其实知道前面六个字符是"ABCDAB"。KMP算法的想法是,设法利用这个已知信息,不要把"搜索位置"移回已经比较过的位置,继续把它向后移,这样就提高了效率。

      8.

      怎么做到这一点呢?可以针对搜索词,算出一张《部分匹配表》(Partial Match Table)。这张表是如何产生的,后面再介绍,这里只要会用就可以了。

      9.

      已知空格与D不匹配时,前面六个字符"ABCDAB"是匹配的。查表可知,最后一个匹配字符B对应的"部分匹配值"为2,因此按照下面的公式算出向后移动的位数:

      移动位数 = 已匹配的字符数 - 对应的部分匹配值

      因为 6 - 2 等于4,所以将搜索词向后移动4位。

      10.

      因为空格与C不匹配,搜索词还要继续往后移。这时,已匹配的字符数为2("AB"),对应的"部分匹配值"为0。所以,移动位数 = 2 - 0,结果为 2,于是将搜索词向后移2位。

      11.

      因为空格与A不匹配,继续后移一位。

      12.

      逐位比较,直到发现C与D不匹配。于是,移动位数 = 6 - 2,继续将搜索词向后移动4位。

      13.

      逐位比较,直到搜索词的最后一位,发现完全匹配,于是搜索完成。如果还要继续搜索(即找出全部匹配),移动位数 = 7 - 0,再将搜索词向后移动7位,这里就不再重复了。

      14.

      下面介绍《部分匹配表》是如何产生的。

      首先,要了解两个概念:"前缀"和"后缀"。 "前缀"指除了最后一个字符以外,一个字符串的全部头部组合;"后缀"指除了第一个字符以外,一个字符串的全部尾部组合。

      15.

      "部分匹配值"就是"前缀"和"后缀"的最长的共有元素的长度。以"ABCDABD"为例,

      - "A"的前缀和后缀都为空集,共有元素的长度为0;

      - "AB"的前缀为[A],后缀为[B],共有元素的长度为0;

      - "ABC"的前缀为[A, AB],后缀为[BC, C],共有元素的长度0;

      - "ABCD"的前缀为[A, AB, ABC],后缀为[BCD, CD, D],共有元素的长度为0;

      - "ABCDA"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD],后缀为[BCDA, CDA, DA, A],共有元素为"A",长度为1;

      - "ABCDAB"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA],后缀为[BCDAB, CDAB, DAB, AB, B],共有元素为"AB",长度为2;

      - "ABCDABD"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA, ABCDAB],后缀为[BCDABD, CDABD, DABD, ABD, BD, D],共有元素的长度为0。

      16.

      "部分匹配"的实质是,有时候,字符串头部和尾部会有重复。比如,"ABCDAB"之中有两个"AB",那么它的"部分匹配值"就是2("AB"的长度)。搜索词移动的时候,第一个"AB"向后移动4位(字符串长度-部分匹配值),就可以来到第二个"AB"的位置。

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