String-Matching-Problem
1. String-Matching-Problem
- Bei einer gegebenen Zeichenfolge S und einer Zeichenfolge T ist die Abfrage der Position von T in S ein Problem der Zeichenfolgenübereinstimmung.
2. Lösungen
2.1 Gewalttätiger Matching-Algorithmus
2.1.1 Algorithmusschritte
- Verwenden Sie Doppelzeiger. Der Zeiger i zeigt zum Durchlaufen auf die Zeichenfolge S und der Zeiger j zeigt zum Durchlaufen auf den String T.
- Sobald S[I]!=T[j] zu einem bestimmten Zeitpunkt ist, bedeutet dies, dass die aktuelle Teilzeichenfolge nicht übereinstimmt und die Übereinstimmung neu gestartet werden muss, d. h. i=i-j+1 (die neue Startposition von die Matching-Operation in S), j=0 (T stimmt von Anfang an überein);
- Wenn j=T.length ist, ist die Übereinstimmung erfolgreich;
2.1.2 Code-Implementierung
package com.northsmile.string;
/**
* @author NorthSmile
* @version 1.0
* @date 2023/8/22&1:20
* 暴力匹配算法解决字符串匹配问题
*/
public class StrMatch {
public static void main(String[] args) {
String s="abdbcabcdef";
String t="abc";
System.out.println(match(s,t));
}
public static int match(String s,String t){
if (t.length()>s.length()){
return -1;
}
if (s.equals(t)){
return 0;
}
int i=0,j=0;
while (i<s.length()&&j<t.length()){
if (s.charAt(i)==t.charAt(j)){
i++;
j++;
}else{
i=i-j+1;
j=0;
}
}
return j==t.length()?i-j:-1;
}
}
2.2 KMP-Algorithmus
- Nachteile des Gewalt-Matching-Algorithmus: Sobald der Matching-Algorithmus fehlschlägt, muss die Textzeichenfolge im Matching-Prozess den aktuellen Matching-Startpunkt + 1 als neuen Startpunkt verwenden. Wenn die Länge der Textzeichenfolge und der Musterzeichenfolge groß ist, ist die die Leistung ist relativ gering;
- Verwenden Sie den KMP-Algorithmus für den Zeichenfolgenabgleich und reduzieren Sie unnötige ungültige Abgleichsvorgänge, indem Sie die längste gemeinsame Teilzeichenfolge des Präfixes und Suffixes der Zeichenfolge verwenden, wodurch die Abgleichsgeschwindigkeit verbessert werden kann.
2.2.1 Algorithmusschritte
2.2.2 Nächste Array-Berechnung
- Berechnen Sie die maximale gemeinsame Länge des Präfixes und Suffixes, die jeder Position entsprechen, und erhalten Sie die Tabelle mit der maximalen gemeinsamen Länge.
- Verschieben Sie die maximale Länge um ein Bit nach rechts und füllen Sie die erste Position mit -1 (wenn die erste Position zum Starten 0 erfordert, fügen Sie einfach 1 zu den nächsten Array-Elementen dieser Angelegenheit hinzu);
2.2.2 Code-Implementierung
package com.northsmile.string;
import java.util.Arrays;
/**
* @author NorthSmile
* @version 1.0
* @date 2023/8/22&1:20
* KMP算法
* 目的：i不回退，j回退到特定的位置
*/
public class KMP{
public static void main(String[] args) {
String str="abdbcabcdef";
String pattern="abc";
// String pattern="abcababcabc";
// String str="BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
// String pattern="ABCDABD";
// String pattern="AAAB";
System.out.println(Arrays.toString(calNext(pattern)));
System.out.println(match(str,pattern,0));
}
/**
* 从str的pos位置查找pattern
* @param str
* @param pattern
* @param pos
* @return
*/
public static int match(String str,String pattern,int pos){
if (str==null||pattern==null){
return -1;
}
if (pattern.length()>str.length()){
return -1;
}
if (pos<0||pos>=pattern.length()){
return -1;
}
if (str.equals(pattern)){
return 0;
}
int[] next=calNext(pattern);
// i指向文本串，j指向模式串
int i=pos,j=0;
while (i<str.length()&&j<pattern.length()){
// j=-1表示两个串第一个字符就不匹配
if ((j==-1)||str.charAt(i)==pattern.charAt(j)){
i++;
j++;
}else{
// 回退j
j = next[j];
}
}
return j==pattern.length()?i-j:-1;
}
// 字符串对应next数组的计算
public static int[] calNext(String str){
int n=str.length();
int[] next=new int[n];
next[0]=-1;
next[1]=0;
for (int i=2,k=next[1];i<n;i++){
// k=-1表示前缀和后缀没有公共串
if (k==-1||str.charAt(i-1)==str.charAt(k)){
next[i]=k+1;
k=next[i];
}else{
k=next[k];
i--;
}
}
return next;
}
}
3. Echte Fragen
3.1 Text 28. Finden Sie den Index der ersten Übereinstimmung in der Zeichenfolge
class Solution {
public int strStr(String haystack, String needle) {
return kmp(haystack,needle);
}
public int kmp(String str, String pattern){
if(str==null||pattern==null){
return -1;
}
if(str.length()==0||pattern.length()==0){
return -1;
}
if(pattern.length()>str.length()){
return -1;
}
if(pattern.equals(str)){
return 0;
}
// 计算模式串的next数组
int[] next=getNext(pattern);
// 匹配查找
int i=0,j=0;
while(i<str.length()&&j<pattern.length()){
if(j==-1||str.charAt(i)==pattern.charAt(j)){
i++;
j++;
}else{
// j回退
j=next[j];
}
}
return j==pattern.length()?i-j:-1;
}
public int[] getNext(String str){
int n=str.length();
if(n==1){
return new int[]{
-1};
}
if(n==2){
return new int[]{
-1,0};
}
int[] next=new int[n];
next[0]=-1;
next[1]=0;
// k用于记录i-1位置需要回退的位置
int i=2,k=0;
while(i<n){
if(k==-1||str.charAt(i-1)==str.charAt(k)){
next[i]=k+1;
k++;
i++;
}else{
// k回退
k=next[k];
}
}
return next;
}
}
3.2 Leetour 459. Wiederholte Teilzeichenfolgen
class Solution {
// 字符串匹配
public boolean repeatedSubstringPattern(String s) {
return kmp(s+s,s,1)!=s.length();
}
public int kmp(String str, String pattern,int pos){
if(str==null||pattern==null){
return -1;
}
if(str.length()==0||pattern.length()==0){
return -1;
}
if(pattern.length()>str.length()){
return -1;
}
if(pattern.equals(str)){
return 0;
}
// 计算模式串的next数组
int[] next=getNext(pattern);
// 匹配查找
int i=pos,j=0;
while(i<str.length()&&j<pattern.length()){
if(j==-1||str.charAt(i)==pattern.charAt(j)){
i++;
j++;
}else{
// j回退
j=next[j];
}
}
return j==pattern.length()?i-j:-1;
}
public int[] getNext(String str){
int n=str.length();
if(n==1){
return new int[]{
-1};
}
if(n==2){
return new int[]{
-1,0};
}
int[] next=new int[n];
next[0]=-1;
next[1]=0;
// k用于记录i-1位置需要回退的位置
int i=2,k=0;
while(i<n){
if(k==-1||str.charAt(i-1)==str.charAt(k)){
next[i]=k+1;
k++;
i++;
}else{
// k回退
k=next[k];
}
}
return next;
}
}
3.3 NC149 kmp-Algorithmus
import java.util.*;
public class Solution {
/**
* 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可
*
* 计算模板串S在文本串T中出现了多少次
* @param S string字符串 模板串
* @param T string字符串 文本串
* @return int整型
*/
static int count=0;
public int kmp (String S, String T) {
kmp(T,S,0);
return count;
}
public void kmp (String s, String p,int pos) {
if(s==null||p==null){
return;
}
if(s.length()==0||p.length()==0){
return;
}
if(pos<0||pos>=s.length()){
return;
}
int[] next=getNext(p);
int i=pos,j=0;
while(i<s.length()&&j<p.length()){
if(j==-1||s.charAt(i)==p.charAt(j)){
i++;
j++;
}else{
j=next[j];
}
if(j==p.length()){
count++;
j=next[j];
}
}
}
public int[] getNext(String s){
int n=s.length();
if(n==1){
return new int[]{
-1};
}
if(n==2){
return new int[]{
-1,0};
}
int[] next=new int[n+1];
next[0]=-1;
next[1]=0;
int i=2,k=0;
while(i<=n){
if(k==-1||s.charAt(i-1)==s.charAt(k)){
next[i]=k+1;
k++;
i++;
}else{
k=next[k];
}
}
return next;
}
}
3.4 KMP-Algorithmus
import java.util.*;
// 注意类名必须为 Main, 不要有任何 package xxx 信息
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Scanner in = new Scanner(System.in);
// 注意 hasNext 和 hasNextLine 的区别
while (in.hasNextLine()) {
// 注意 while 处理多个 case
String str = in.nextLine();
String match = in.nextLine();
List<Integer> ans=kmp(str,match,0);
if(ans.size()==0){
System.out.println(-1);
return;
}
for(int i=0;i<ans.size();i++){
System.out.print(ans.get(i));
if(i!=ans.size()-1){
System.out.print(" ");
}else{
System.out.println();
}
}
}
}
public static List<Integer> kmp (String s, String p,int pos) {
List<Integer> ans=new ArrayList<>();
if(s==null||p==null){
return ans;
}
if(s.length()==0||p.length()==0){
return ans;
}
if(pos<0||pos>=s.length()){
return ans;
}
int[] next=getNext(p);
int i=pos,j=0;
while(i<s.length()&&j<p.length()){
if(j==-1||s.charAt(i)==p.charAt(j)){
i++;
j++;
}else{
j=next[j];
}
if(j==p.length()){
ans.add(i-j);
j=next[j];
}
}
return ans;
}
public static int[] getNext(String s){
int n=s.length();
if(n==1){
return new int[]{
-1,0};
}
int[] next=new int[n+1];
next[0]=-1;
next[1]=0;
int i=2,k=0;
while(i<=n){
if(k==-1||s.charAt(i-1)==s.charAt(k)){
next[i]=k+1;
k++;
i++;
}else{
k=next[k];
}
}
return next;
}
}
Siehe den Link https://www.zhihu.com/question/21923021/answer/769606119 . Dieser Blogger ist sich der nächsten Array-Berechnung sehr klar!