题目:

经典的KMP算法

分析:

和KMP算法对应的是BF算法,其中BF算法时间复杂度,最坏情况下可以达到O(n*m),而KMP算法的时间复杂度是O(n + m),所以,KMP算法效率高很多。

但是KMP算法不太好理解,其中牵涉到next数组,目标就是让模式串尽可能的往右滑动,减少比较次数,比如

a  b  a  b  c

-1 0  0  1  2

比如我们比较ababc时,如果c比较发现错误,前面的abab已经比较成功,那么下次比较,我们只需要从aba的最后一个a开始比较,这样省去了从头开始比较。

算法代码:

  1. #include <iostream>
  2. #include <cstdlib>
  3. #include <cstdio>
  4. using namespace std;
  5. //这是整个kmp中最核心的地方
  6. int get_next(const char*t, int *next)
  7. {
  8. int i = 0;
  9. int j = -1; //设置j = -1,非常巧妙
  10. int len = strlen(t);
  11. memset(next,0, sizeof(int) * len);
  12. next[0] = -1;
  13. while(i < len - 1)
  14. {
  15. if(j == -1 || t[i] == t[j]) //前面的判断,j == -1, 非常巧妙
  16. {
  17. i++;
  18. j++;
  19. next[i] = j;    //将后面的next数组元素赋值
  20. }
  21. else
  22. j = next[j];
  23. }
  24. }
  25. int kmp(const char *s, const char *t)
  26. {
  27. int i = 0;
  28. int j = 0;
  29. int next[100];
  30. get_next(t,next);
  31. while(i < strlen(s) && j < strlen(t))
  32. {
  33. if(j == - 1 || s[i] == t[j])    //如果j为-1,或者模式串和主串相等,两者继续往下比较
  34. {
  35. i++;
  36. j++;
  37. }
  38. else
  39. j = next[j];
  40. }
  41. if(j >= (int)strlen(t))
  42. {
  43. cout << "found " << endl;
  44. return 0;
  45. }
  46. cout << "not found" <<endl;
  47. return 0;
  48. }
  49. //暴力法
  50. int brute_force(const char *s, const char *t)
  51. {
  52. int i, j;
  53. i = 0;
  54. while(i < strlen(s))
  55. {
  56. j = 0;
  57. while(j < strlen(t))
  58. {
  59. if(s[i] == t[j])
  60. {
  61. i++;
  62. j++;
  63. }
  64. else
  65. {
  66. i = i - j + 1;
  67. break;
  68. }
  69. }
  70. if(j == (int)strlen(t))
  71. {
  72. cout << "found" << endl;
  73. return 0;
  74. }
  75. }
  76. cout << "not found" << endl;
  77. return 0;
  78. }
  79. int main()
  80. {
  81. brute_force("abcdef", "abcdef");
  82. kmp("abcdef", "aaaa");
  83. return 0;
  84. }

总结:

KMP算法非常经典,同时这个算法实现很多地方非常巧妙。

优化思路

KMP算法是可以被进一步优化的。
我们以一个例子来说明。譬如我们给的P字符串是“abcdaabcab”,经过KMP算法,应当得到“特征向量”如下表所示:
下标i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
p(i)
a
b
c
d
a
a
b
c
a
b
next[i]
-1
0
0
0
0
1
1
2
3
1
但是,如果此时发现p(i) == p(k),那么应当将相应的next[i]的值更改为next[k]的值。经过优化后可以得到下面的表格:
下标i
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
p(i)
a
b
c
d
a
a
b
c
a
b
next[i]
-1
0
0
0
0
1
1
2
3
1
优化的next[i]
-1
0
0
0
-1
1
0
0
3
0
(1)next[0]= -1 意义:任何串的第一个字符的模式值规定为-1。
(2)next[j]= -1 意义:模式串T中下标为j的字符,如果与首字符
相同,且j的前面的1—k个字符与开头的1—k
个字符不等(或者相等但T[k]==T[j])(1≤k<j)。
如:T=”abCabCad” 则 next[6]=-1,因T[3]=T[6]
(3)next[j]=k 意义:模式串T中下标为j的字符,如果j的前面k个
字符与开头的k个字符相等,且T[j] != T[k] (1≤k<j)。
即T[0]T[1]T[2]。。。T[k-1]==
T[j-k]T[j-k+1]T[j-k+2]…T[j-1]
且T[j] != T[k].(1≤k<j);
(4) next[j]=0 意义:除(1)(2)(3)的其他情况。

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