本文是介绍什么是BF算法、KMP算法、BM算法三部曲之一。
KMP算法内部涉及到的数学原理与知识太多,本文只会对KMP算法的运行过程、部分匹配表、next数组进行介绍,如果理解了这三点再去阅读其它有关KMP算法的文章肯定能有个清晰的认识。
以下的文字描述请结合视频动画来阅读~
定义Knuth-Morris-Pratt 字符串查找算法,简称为KMP算法,常用于在一个文本串 S 内查找一个模式串 P 的出现位置。
这个算法由 Donald Knuth、Vaughan Pratt、James H. Morris 三人于 1977 年联合发表,故取这 3 人的姓氏命名此算法。
是不是感觉 Donald Knuth 这个名字很眼熟?没错,在前面这或许是讲解 Knuth 洗牌算法最好的文章一文中也出现了他!
KMP算法的操作流程如下:
-
假设现在文本串 S 匹配到 i 位置,模式串 P 匹配到 j 位置
-
如果 j = -1,或者当前字符匹配成功(即 S[i] == P[j] ),都令 i++,j++,继续匹配下一个字符; 如果 j != -1,且当前字符匹配失败(即 S[i] != P[j] ),则令 i 不变,j = next[j]。此举意味着失配时,模式串 P相对于文本串 S 向右移动了 j - next [j] 位
-
换言之,将模式串 P 失配位置的 next 数组的值对应的模式串 P 的索引位置移动到失配处
以下图文本串 S 与模式串 P 为例:
首先,列出模式串 P 的所有子串:
a
a
b
a
b
a
a
b
a
a
a
b
a
a
b
a
b
a
a
b
c
a
b
a
a
b
c
a
a
b
a
a
b
c
a
c
然后,求得每一个子串的所有前缀与后缀。
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。
以第五列为例进行演示。
前缀为
a
a
b
a
b
a
a
b
a
a
后缀为
b
a
b
a
a
b
b
a
a
b
因此,它的前缀后缀的公共元素的最大长度为2。
求得原模式串 P 的子串对应的各个前缀后缀的公共元素的最大长度表下图。
根据最大长度表去求next 数组:next 数组相当于“最大长度值” 整体向右移动一位,然后初始值赋为-1。
好了,获取了next 数组后,KMP 算法的操作就很清晰了。
将模式串 P 与文本串 S 的字母一个个进行匹配,当失配的时候,模式串向右移动。
怎么移动?
比如模式串的b与文本串的c失配了,找出失配处模式串的next数组里面对应的值,这里为0,然后将索引为0的位置移动到失配处。
后记市面上好多讲解KMP算法的文章的写的太混乱了,很多人因此产生了恐惧,这一章目的就是为了能让大家能大概理解KMP算法的运行过程,不会畏惧KMP算法 。
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