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  • KMP算法的理解和代码实现

    KMP算法理解参考原文:http://kb.cnblogs.com/page/176818/

    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"?

    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。

    代码实现:

     1 package com.lwh.algorithm;
     2 
     3 public class KMP2 {
     4 
     5     /**
     6      * @param args
     7      */
     8     public static void main(String[] args) {
     9         int index=getKMP("afdfasfgscsdffg", "fgs");
    10         System.out.println(index);
    11 
    12     }
    13     //求最大真字串
    14     public static int[] getMaxRealSub(String sub){
    15         int[] next=new int[sub.length()];
    16         int len=sub.length();
    17         next[0]=0;
    18         next[1]=0;
    19         int j=1;
    20         int k=0;
    21         while(j<len-1){
    22             if(sub.charAt(j)==sub.charAt(k)){
    23                 next[j+1]=k+1;
    24                 j++;
    25                 k++;
    26             }else if(k==0){
    27                 next[j+1]=0;
    28                 j++;
    29             }else{
    30                 k=next[k];
    31             }
    32         }
    33         return next;
    34     }
    35 
    36     public static int getKMP(String source,String sub){
    37         int[] next=getMaxRealSub(sub);
    38         int index=-1;
    39         int i=0;
    40         int j=0;
    41         while(i<source.length()&&j<sub.length()){
    42             if(source.charAt(i)==sub.charAt(j)){
    43                 i++;
    44                 j++;
    45             }else if(j==0){
    46                 i++;
    47             }else{
    48                 j=next[j];
    49             }
    50         }
    51         if(j==sub.length()){
    52             index=i-j;
    53         }
    54         return index;
    55     }
    56     
    57 }
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