KMP算法
KMP算法是一种改进的字符串匹配算法,由D.E.Knuth,J.H.Morris和V.R.Pratt提出的,因此人们称它为克努特—莫里斯—普拉特操作(简称KMP算法)。KMP算法的核心是利用匹配失败后的信息,尽量减少模式串与主串的匹配次数以达到快速匹配的目的。具体实现就是通过一个next()函数实现,函数本身包含了模式串的局部匹配信息。KMP算法的时间复杂度O(m+n)
。
原理
匹配模式串会生成next数组,其中next[i]
,表示匹配模式串i位置的字符和文本串不匹配时,需要重新回退到next[i]
的位置,继续和文本串进行匹配
如图,需要匹配的字符串是BBCABCDABABCDABCDABDE
, 匹配模式串ABCDABD
,比较到D时,和文本串不匹配,则回退到下标2,开始重新匹配,而文本串的下标不需要回退,重而节省比较次数。
next数组构建
next数组的使用含义,上部分已经说明,即匹配模式串i位置的字符和文本串不匹配时,需要重新回退到next[i]
的位置,重新进行比较。因此可以理解
next[i]=j表示i下标之前存在[i-j+1,i)
和[0,j)
的相同字符,这样才能回退到j的位置,继续和文本串比较
利用动态规划的观点看,如何求解next数组
定义next[I]=j
表示i下标之前存在[i-j+1,i)
和[0,j)
的相同字符,则next[i+1]
的求解
p[I] == p[j]
则next[I+1]=j+1
,即[i-j+1,i+1)
和[0,j+1)
的相同字符p[I]!=p[j]
则next[I+1]=next[j]
,即用j可以回退的位置来求I+1
可以回退的位置- 边界条件,
next[0]=-1
,下标0不可能再回退了,因此定义一个不可能的值-1
代码
func GetNext(p string) []int {
pl := len(p)
j := -1
i := 0
ret := make([]int, pl)
ret[0] = -1
for i < pl-1 {
if j == -1 || p[i] == p[j] {
j++
i++
ret[i] = j
} else {
j = ret[j]
}
}
return ret
}
//优化版本
func GetNext2(p string) []int {
pl := len(p)
j := -1
i := 0
ret := make([]int, pl)
ret[0] = -1
for i < pl-1 {
if j == -1 || p[i] == p[j] {
j++
i++
if p[i] != p[j] { //在使用时,i位置的字符已经和要匹配的文本字符已经不一致了,所以回退到j后,肯定还是要回退,所以有这个改动
ret[i] = j
} else {
ret[i] = ret[j]
}
} else {
j = ret[j]
}
}
return ret
}
算法使用
type KMPer struct {
Next []int
}
func (k *KMPer) GetNext(p string) {
k.Next = GetNext2(p)
}
func (k *KMPer)KMP(s string, p string) bool {
i, j := 0, 0
for i < len(s) && j < len(p) {
if j == -1 || s[i] == p[j] {
i++
j++
} else {
j = k.Next[j]
}
}
if j != len(p) {
return false
}
return true
}