字符串匹配之KMP

KMP算法

学习了数据结构之后,对KMP算法一直不是特别深入理解,在《大话数据结构》中,连续
大量的篇幅叙述,读起来特别费劲。直到同学推荐,读了阮一峰博主的文章之后,才对 
KMP算法真正理解,写的特别好,自己就在这里做个小总结。

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


在一个字符串”CAB ABCDAB ABCDABCDABDE”中是否存在子串“ABCDABD”?

  1. 首先,字符串“CAB ABCDAB ABCDABCDABDE”的第一个字符与搜索词“ABCDABD”的第一个字符进行比较,C与A不匹配,搜索子串后移一位。
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  2. 然后字符串中的‘A’与搜索子串的相同。
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  3. 接着比较字符串和搜索子串的下一个字符,还是相同。
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4.直到与搜索子串对应的字符不相同为止。
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5.搜索子串后移一位,直到遇到相同的对应字符。

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6.和第2、3步操作相似,进行依次比较,直到与搜索子串对应的字符不相同为止。

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7.不相同的话,最直接的操作是将搜索子串整个后移一位,在从头开始依次比较。但这是普通的字符串匹配操作,在大文件中字符串匹配会显得效率很差,因为你要把“搜索位置”移到已经比较过的位置,再进行依次重复比较。

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一个基本事实是,当空格与字符‘D’不匹配时,其实已经直到搜索子串中的前六个字符是“ABCDAB”。KMP算法的思想是,设法利用这个一直信息,不要把“搜索位置”移回已经比较过的位置,继续把它向后移,能够提高效率。

8.因为搜索子串是已知的,可以提前将位置信息得出,也就是一张《部分匹配表》。

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9.这里介绍说明如何产生这张《部分匹配表》,

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首先,了解一下字符串的“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。

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“部分匹配值”就是”前缀”和”后缀”的最长的共有元素的长度。下面以”ABCDABD“为例:

"A"的前缀和和后缀都为空集,共有元素的长度为0;
"AB"的前缀为[A],后缀为[B],共有的元素的长度为0;
"ABC"的前缀为[A, AB],后缀为[BC,  C],共有元素的长度为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],共有元素长度为0。

10.已知空格与字符’D’不匹配时,前面六个字符”ABCDAB”是匹配的。查表可知,最后一个字符’B’对应的”部分匹配值”为2,因此按照下面公式算出向后移:

移动位数 = 已匹配的字符数 - 对应的匹值值

因为 6 - 2等于4,所以将搜索子串向后移动4位。

11.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。
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12. 因为A与空格不匹配,继续向后移动一位。
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13. 逐位比较,直到发现C和D不匹配。于是,移动位数 = 6 - 2 ,继续将搜索子串向后移动4位。
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14.逐位比较,直到搜索子串的最后一位,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,再将搜索子串向后移动7位
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15.”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)。搜索子串移动的时候,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。

参考博客:

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/05/Knuth%E2%80%93Morris%E2%80%93Pratt_algorithm.html c 《字符串匹配的KMP算法》

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转载自blog.csdn.net/hhhanpan/article/details/80149364
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