标签:
1、字符串匹配是计算机的基本任务之一。
2、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”?许多算法可以完成这个任务,Knuth-Morris-Pratt 算法(简称 KMP)是最常用的之一。
3、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同时发现,因此人们称它为克努特——莫里斯——普拉特操作(简称KMP算法)。
4、KMP算法的关键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。
5、具体实现就是实现一个next()函数,函数本身包含了模式串的局部匹配信息。
下面来举一个比较流行易懂的例子;
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[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。
【java代码实现】
package mathstudy;
public class KMP {
private static int[] nextArray = null;
private static String originString = null;
private static String moduleString = null;
public static void main(String[] args) {
originString = "BBCABCDABABCDABCDABDE";
moduleString = "ABCDABD";
nextArray = matchStr();
if (nextArray != null) {
System.out.println("部分匹配表的值:");
for (int index : nextArray) {
System.out.print(index + " ");
}
}
int index =getIndexOfStr();
System.out.println();
System.out.println("匹配的下标:");
System.out.println(index+"");
}
/**
* 计算每个元素对应的"部分匹配值"
*/
private static int[] matchStr() {
if (moduleString == null || moduleString.length() == 0) {
return null;
}
int[] matchArray = new int[moduleString.length()];
for (int i = 0; i < moduleString.length(); i++) {
boolean hasEqual = false;
for (int j = 0; j <= i - 1; j++) {
String prefixStr = moduleString.substring(0, j + 1);
String suffixStr = moduleString.substring(i - j, i + 1);
if (prefixStr.endsWith(suffixStr)) {
hasEqual = true;
matchArray[i] = prefixStr.length();
break;
}
}
if (hasEqual == false) {
matchArray[i] = 0;
}
}
return matchArray;
}
/*KMP匹配字符串
* @return 若匹配成功,返回下标,否则返回-1
* */
public static int getIndexOfStr() {
if (moduleString == null || moduleString.length() <= 0) {
return -1;
}
if (originString == null || originString.length() <= 0) {
return -1;
}
if (originString.length() < moduleString.length()) {
return -1;
}
int indexOfStr = -1;
int totalLength = originString.length();
boolean flag_end = false;
int origin_index = 0;
int module_index = 0;
while (flag_end == false) {
char char_origin = originString.charAt(origin_index);
char char_module = moduleString.charAt(module_index);
if (char_origin == char_module) {
if (module_index == moduleString.length() - 1) {
indexOfStr = origin_index - module_index;
break;
} else {
origin_index++;
module_index++;
}
} else {
if (module_index == 0) {
origin_index++;
module_index = 0;
if (origin_index >= totalLength) {
break;
}
} else {
if (module_index <= 0) {
module_index++;
origin_index++;
} else {
module_index = nextArray[module_index - 1];
}
}
continue;
}
if (origin_index >= totalLength) {
break;
}
}
return indexOfStr;
}
}
输出结果:
部分匹配表的值:
0 0 0 0 1 2 0
匹配的下标:
13
标签:
原文地址:http://blog.csdn.net/u010878994/article/details/51341029