KMP模式匹配算法(二) next数组

在进入正题前,我们首先来回顾一下暴力匹配算法。总计来说,就是逐个字符匹配,匹配成功后,再匹配下一个字符,直到所有字符匹配成功,若在中间有任意一个字符匹配失败,则回溯至从第二个字符开始进行新的匹配。
而KMP算法则是根据一些已知的信息,跳过一些没有必要的匹配,从而达到更高的匹配效率。举例来说,假设我们有这样的一个主串A:

"AMKLCOMSAMKLCOMD"

和这样的一个子串B:

"AMKLCOMD"

由第一次的匹配算法可知"AMKLCOMS"后面的"AMKLCOMS"没有和"A"相等的字符,所以这后面的匹配其实是都可以省略的。
KMP算法通过一个“有用信息”可以知道目标串中下一个字符是否有必要被检测,这个“有用信息”就是用所谓的“前缀函数(一般数据结构书中的next函数)”来存储的。
这个函数能够反映出现失配情况时,系统应该跳过多少无用字符(也即模式串应该向右滑动多长距离)而进行下一次检测,在上例中,这个距离为6。
很明显,我们现在是通过肉眼看出来的,但是这并不是我们最终的目的,我们最终是要通过程序来实现这样的跳过匹配。
我们先来解释几个名词,前缀,后缀,最大长度,next数组。
假设我们现在有一个字符串:"CDEFCD"
一.前缀,后缀

子串 前缀 后缀 最大公共长度
C null null 0
CD C D 0
CDE C, CD E, DE 0
CDEF C, CD, CDE F, EF, DEF 0
CDEFC C, CD, CDE, CDEF C, FC, EFC, DEFC 1
CDEFCD C, CD, CDE, CDEF, CDEFC D, CD, FCD, EFCD, DEFCD 2

最大长度表

C D E F C D
0 0 0 0 1 2

二.next数组
假设现在有主串A

BBC ABCDAB ABCDABCDABDE

以及其子串

ABCDABD

我们可知子串的最大长度表是

A B C D A B D
0 0 0 0 1 2 0

下面我们来看一下比较时依次移动的位数

KMP模式匹配算法(二) next数组_第1张图片

1.第一次失配向右移动了四位即跳过了BC和空格的匹配

KMP模式匹配算法(二) next数组_第2张图片

2.第二次失配向右移动了四位

KMP模式匹配算法(二) next数组_第3张图片

3.第三次失配移动了2位

KMP模式匹配算法(二) next数组_第4张图片

4.第四次失配移动1位

KMP模式匹配算法(二) next数组_第5张图片

5。第五次失配移动了四位

KMP模式匹配算法(二) next数组_第6张图片

根据每次移动的位数和对应的最大长度表,我们可以按照下面的公式算出向后移动的位数

失配时,子串向右移动的位数为:已匹配字符数 - 失配字符的上一位字符所对应的最大长度值

既然是失配字符的前一位的话,那么我们是不是可以把最大长度表对应的值都同时向右挪一位,同时将初始值赋为-1,就可以得到下表。

A B C D A B D
-1 0 0 0 0 2 2

这就是我们得到的next数组,进而我们可以得到以下推论

失配时,模式串向右移动的位数为:失配字符所在位置 - 失配字符对应的next 值

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