KMP算法浅显理解

说明:转载

KMP算法看懂了觉得特别简单,思路很简单,看不懂之前,查各种资料,看的稀里糊涂,即使网上最简单的解释,依然看的稀里糊涂。
我花了半天时间,争取用最短的篇幅大致搞明白这玩意到底是啥。
这里不扯概念,只讲算法过程和代码理解:
KMP算法求解什么类型问题

字符串匹配。给你两个字符串,寻找其中一个字符串是否包含另一个字符串,如果包含,返回包含的起始位置。
如下面两个字符串:

char *str = "bacbababadababacambabacaddababacasdsd";
char *ptr = "ababaca";

str有两处包含ptr
分别在str的下标10,26处包含ptr。

“bacbababadababacambabacaddababacasdsd”;\

问题类型很简单,下面直接介绍算法
算法说明

一般匹配字符串时,我们从目标字符串str(假设长度为n)的第一个下标选取和ptr长度(长度为m)一样的子字符串进行比较,如果一样,就返回开始处的下标值,不一样,选取str下一个下标,同样选取长度为n的字符串进行比较,直到str的末尾(实际比较时,下标移动到n-m)。这样的时间复杂度是O(n*m)。

KMP算法:可以实现复杂度为O(m+n)

为何简化了时间复杂度:
充分利用了目标字符串ptr的性质(比如里面部分字符串的重复性,即使不存在重复字段,在比较时,实现最大的移动量)。
上面理不理解无所谓,我说的其实也没有深刻剖析里面的内部原因。

考察目标字符串ptr:
ababaca
这里我们要计算一个长度为m的转移函数next。

next数组的含义就是一个固定字符串的最长前缀和最长后缀相同的长度。

比如:abcjkdabc,那么这个数组的最长前缀和最长后缀相同必然是abc。
cbcbc,最长前缀和最长后缀相同是cbc。
abcbc,最长前缀和最长后缀相同是不存在的。

**注意最长前缀:是说以第一个字符开始,但是不包含最后一个字符。
比如aaaa相同的最长前缀和最长后缀是aaa。**
对于目标字符串ptr,ababaca,长度是7,所以next[0],next[1],next[2],next[3],next[4],next[5],next[6]分别计算的是
a,ab,aba,abab,ababa,ababac,ababaca的相同的最长前缀和最长后缀的长度。由于a,ab,aba,abab,ababa,ababac,ababaca的相同的最长前缀和最长后缀是“”,“”,“a”,“ab”,“aba”,“”,“a”,所以next数组的值是[-1,-1,0,1,2,-1,0],这里-1表示不存在,0表示存在长度为1,2表示存在长度为3。这是为了和代码相对应。

下图中的1,2,3,4是一样的。1-2之间的和3-4之间的也是一样的,我们发现A和B不一样;之前的算法是我把下面的字符串往前移动一个距离,重新从头开始比较,那必然存在很多重复的比较。现在的做法是,我把下面的字符串往前移动,使3和2对其,直接比较C和A是否一样。

代码解析:


void cal_next(char *str, int *next, int len)
{
    next[0] = -1;//next[0]初始化为-1,-1表示不存在相同的最大前缀和最大后缀
    int k = -1;//k初始化为-1
    for (int q = 1; q <= len-1; q++)
    {
        while (k > -1 && str[k + 1] != str[q])//如果下一个不同,那么k就变成next[k],注意next[k]是小于k的,无论k取任何值。
        {
            k = next[k];//往前回溯
        }
        if (str[k + 1] == str[q])//如果相同,k++
        {
            k = k + 1;
        }
        next[q] = k;//这个是把算的k的值(就是相同的最大前缀和最大后缀长)赋给next[q]
    }
}
KMP

这个和next很像,具体就看代码,其实上面已经大概说完了整个匹配过程。

int KMP(char *str, int slen, char *ptr, int plen)
{
    int *next = new int[plen];
    cal_next(ptr, next, plen);//计算next数组
    int k = -1;
    for (int i = 0; i < slen; i++)
    {
        while (k >-1&& ptr[k + 1] != str[i])//ptr和str不匹配,且k>-1(表示ptr和str有部分匹配)
            k = next[k];//往前回溯
        if (ptr[k + 1] == str[i])
            k = k + 1;
        if (k == plen-1)//说明k移动到ptr的最末端
        {
            //cout << "在位置" << i-plen+1<< endl;
            //k = -1;//重新初始化,寻找下一个
            //i = i - plen + 1;//i定位到该位置,外层for循环i++可以继续找下一个(这里默认存在两个匹配字符串可以部分重叠),感谢评论中同学指出错误。
            return i-plen+1;//返回相应的位置
        }
    }
    return -1;  
}

KMP算法代码:



#include "iostream"
#include "cstring"
using namespace std;

void cal_next(char *str,int *next,int len)
{
	next[0]=-1;
	int k=-1;
	for(int i=1;i<=len-1;i++)
	{
		while(k>-1&&str[i]!=str[k+1])
		k=next[k];
		if(str[k+1]==str[i]);
		k++;
		next[i]=k;
	}
}
int KMP(char *str,int slen,char *ptr,int plen)
{
	int *next=new int [plen];
	cal_next(ptr,next,plen);
	int k=-1;
	for(int i=0;i<=slen-1;i++)
	{
		while(k>-1&&ptr[k+1]!=str[i])
		k=next[k];
		if(ptr[k+1]==str[i])
		k++;
		if(k==plen-1)
		{
			return i-plen+1;
		}
	}
	return -1;
}
int main()
{
	char str[1000],ptr[1000];
	cin>>str;
	cin>>ptr;
	int a=KMP(str,strlen(str),ptr,strlen(ptr));
	if(a==-1)
	{
		cout<<"找不到"<<endl;
	}
	else
	{
		cout<<a<<endl;
	}
	return 0;
}

无关笔记:

class Calor
{
    public:
        Calor(double a,double b)
        {
            weight=a;
            worth=b;
        }
        void Getin(const Calor &a);
        void Getout(const Calor &a);
        void Objshow();
        static void init();
    static void Allshow() ;//静态函数不能含有cv限定符 const voletile
    static void remind();
    private:
        double weight;
        double worth;
        static double Aweight;//static不可以重复使用
        static double Aworth;    
};


double Calor::Aweight=1000;
double Calor::Aworth=1000;//再类里的静态变量,定义如左边

void Calor::Allshow()
{
//    int a=5;静态函数里面使用变量和静态变量都没关系
//    static int b=2;
//    int c=a+b;
    cout<<"*******************"<<endl;
    cout<<"所剩余货物重量为:"<<Aweight<<"千克"<<endl;
    cout<<"所剩余货物价值为:"<<Aworth<<"元"<<endl;
    cout<<"*******************"<<endl;    
}

class A
{
    public:
        A(int x,int y):a(x)//静态变量不能成员初始化法
        {//const函数不可以与静态函数一起使用,只能是成员函数,而且函数内部只能实现输入输出
            cout<<a<<' '<<b;
        }
    private:
        int a;
        static int b;
};
int A::b=1;   

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