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  • 字符串匹配(KMP算法)

    KMP算法,是由Knuth,Morris,Pratt共同提出的模式匹配算法,其对于任何模式和目标序列,都可以在线性时间内完成匹配查找,而不会发生退化,是一个非常优秀的模式匹配算法。

    举个例子来说,如果我想在字符串s(BBCABCEFABCDACEABCDACD)找是否存在子串t(ABCDABD)。

    1.

    我们先去找匹配第一个字符,发现字符串s第一个字符与字符串t的第一个字符不匹配,然后我们继续往后找。

    2.

    直到搜到s的第4个字符才找到和t的第一个字符匹配的字符。

    3.

    然后我们继续一位位搜。

    4.

    直到我们搜到不能匹配的位置。

    5.

    正常想法是直接移一位,然后再从头开始逐个比较。这样做虽然可行,但效率太低。而这个就是KMP与众不同的地方。

    当E和B不匹配的时候,你已经匹配了前5个,也就是说你知道t串前面6个的信息,KMP正是利用了这个已知信息,不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。

    6.

    那么怎样往后移呢?,我们可以针对t建一张部分匹配表,那么这张表如何产生的呢?

    "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,

    (以上两图均出自参考文献)

    附上伪代码:

    1 nt[0] = 0;
    2 int n = strlen(s);
    3 for(int i = 1, j = 0; i < n; i ++){
    4      while(j != 0 && s[j] != s[i]) j = nt[j - 1];
    5      nt[i] = s[j] == s[i] ? ++ j : 0;
    6 }
    View Code

    7.

    然后,我们继续来看,我们发现最后一个匹配的字母为A,部分匹配值为1,根据移动公式:

    移动位数 = 已匹配的字符数 - 对应的部分匹配值

    5 - 1 = 4,所以向后移4位,变成上图。然后我们发现B和E仍旧不能匹配,此时算出需要移动位数为1,然后便有了下图。

    之后我们发现A和E不能匹配,然后我们继续一位一位移,知道再找到一个A。

    8.

    然后我们又搜到了A,然后我们可以继续匹配啦。

    9.

    知道搜到最后一位(啊呀就差一点就能完全匹配,可惜),然后我们发现要移动4位。

    10.

    然后我们继续匹配,发现到最后刚好匹配完(好开心,找到了!)如下图:

    附上总代码:

     1 #include <cstdio>
     2 #include <cstring>
     3 const int N = 1000000 + 5;
     4 char s[N];
     5 int nt[N];
     6 char t[N];
     7 
     8 void work(){
     9     nt[0] = 0;
    10     int n = strlen(s);
    11     for(int i = 1, j = 0; i < n; i ++){
    12         while(j != 0 && s[j] != s[i]) j = nt[j - 1];
    13         nt[i] = s[j] == s[i] ? ++ j : 0;
    14         //printf("nt[%d] = %d\n", i, nt[i]);
    15     }
    16     int p = 0;
    17     int q = 0;
    18     int lt = strlen(t);
    19     int ans = 0;
    20     while(p + q < lt){
    21         if(s[p] == t[p + q]){
    22             while(s[p] == t[p + q] && p < n) p += 1;
    23             //printf("p = %d\n", p);
    24             if(p  == n)ans += 1;
    25             int w = p - nt[p - 1];
    26             p = nt[p - 1];
    27             q += w;
    28         }
    29         else {
    30             while(p != 0 && s[p] != t[p + q]) p = nt[p - 1];
    31             q += 1;
    32         }
    33     }
    34     printf("%d\n", ans);
    35 }
    36 
    37 int main() {
    38     //while(scanf("%s%s", s, t) == 2) work();
    39     int T;
    40     scanf("%d", &T);
    41     while(T--){
    42         scanf("%s%s", s, t);
    43         work();
    44     }
    45     return 0;
    46 }
    View Code

    参考文献:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/05/Knuth%E2%80%93Morris%E2%80%93Pratt_algorithm.html

    既然要做,那就好好做! 自己选的路,自己走完!
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