对于字符串匹配,暴力法是对每个位置进行逐位匹配,只要有匹配失败的,就从待匹配串的下个位置开始从头匹配,这样的时间复杂度是O(MN)。 KMP算法能解决这样效率低下匹配,其核心思想是保留已匹配的前缀和,避免重复匹配,时间复杂度是O(M+N)。
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"?
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。 因为B与A不匹配,搜索词再往后移。 直到字符串有一个字符,与搜索词的第一个字符相同为止。 接着比较字符串和搜索词的下一个字符,还是相同。 直到字符串有一个字符,与搜索词对应的字符不相同为止。 这时,如果使用暴力法,将搜索词整个后移一位,再从头逐个比较。这样做虽然可行,但是效率极低,因为把"搜索位置"移到已经比较过的位置,重比一遍。 当空格与D不匹配时,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。 可以针对搜索词,算出一张《部分匹配表》(Partial Match Table)。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。 因为空格与A不匹配,继续后移一位。 逐位比较,直到发现C与D不匹配。 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。 "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。KMP算法的Java实现
class Main { public int KMP(String s1, String s2){ if(s2.length()>s1.length() || s2.length()==0) return -1; int i=0,j=0; int[] next = getNextArray(s2); while(i<s1.length()){ if(s1.charAt(i)==s2.charAt(j)){ i++; j++; if(j==s2.length()) return i-j; }else{ if(next[j]==-1) i++; else j=next[j]; } } return -1; } public int[] getNextArray(String s){ int[] next = new int[s.length()]; next[0]=-1; for(int i=1;i<s.length();i++){ int j=next[i-1]; while(j!=-1){ if(s.charAt(i-1) == s.charAt(j)){ next[i]=++j; break; }else j=next[j]; } } return next; } }