力扣面试经典题 ｜ 找出字符串中第一个匹配项的下标

题目描述

28.找出字符串中第一个匹配项的下标

给你两个字符串 haystack 和 needle ，请你在 haystack 字符串中找出 needle 字符串的第一个匹配项的下标（下标从 0 开始）。如果 needle 不是 haystack 的一部分，则返回 -1 。

示例 1：

输入：haystack = “sadbutsad”, needle = “sad”
输出：0
解释：“sad” 在下标 0 和 6 处匹配。
第一个匹配项的下标是 0 ，所以返回 0 。

示例 2：

输入：haystack = “leetcode”, needle = “leeto”
输出：-1
解释：“leeto” 没有在 “leetcode” 中出现，所以返回 -1 。

提示：

• 1 <= haystack.length, needle.length <= 104
• haystack 和 needle 仅由小写英文字符组成

解题思路

KMP算法经典题目。

构建next数组

定义一个函数getNext来构建next数组，函数参数为指向next数组的指针，和一个字符串。 代码如下：

void getNext(int* next, const string& s) {}

1. 初始化
   定义两个指针i和j，j指向前缀末尾位置，i指向后缀末尾位置。
   然后还要对next数组进行初始化赋值，如下：

   int j = -1;
   next[0] = j;
   

2. 处理前后缀不相同的情况
   因为j初始化为-1，那么i就从1开始，进行s[i] 与 s[j+1]的比较。所以遍历模式串s的循环下标i 要从 1开始，代码如下：

   for (int i = 1; i < s.size(); i++) {}
   

   如果 s[i] 与 s[j+1]不相同，也就是遇到 前后缀末尾不相同的情况，就要向前回退。而next[j]就是记录着j（包括j）之前的子串的相同前后缀的长度。
   那么 s[i] 与 s[j+1] 不相同，就要找 j+1前一个元素在next数组里的值（就是next[j]）。
   所以，处理前后缀不相同的情况代码如下：

while (j >= 0 && s[i] != s[j + 1]) { // 前后缀不相同
    j = next[j]; // 向前回退
}

3. 处理前后缀相同的情况
   如果 s[i] 与 s[j + 1] 相同，那么就同时向后移动i 和j 说明找到了相同的前后缀，同时还要将j（前缀的长度）赋给next[i], 因为next[i]要记录相同前后缀的长度。

   if (s[i] == s[j + 1]) { // 前后缀相同
   	j++;
   }
   next[i] = j;
   

最后构建next数组的整体代码如下：

void getNext(int* next, const string& s) {
	int j = -1;
	next[0] = j;
	for (int i = 1; i < s.size(); i++) {
		while (j >= 0 && s[i] != s[j + 1]) { // 前后缀不相同
			j = next[j]; // 向前回退
		}
		if (s[i] == s[j + 1]) { // 找到相同的前后缀
			j++;
		}
		next[i] = j; // 将前缀的长度 j 赋给next[i]
	}
}

使用next数组来做匹配

在文本串 s 中寻找 格式串 t

定义两个下标，j 指向模式串起始位置，i 指向文本串起始位置。

j 初始值依然为-1，因为next数组里记录的起始位置为-1。

i就从0开始，遍历文本串，代码如下：

for (int i = 0; i < s.size(); i++) {}

接下来就是 s[i] 与 t[j + 1] （因为j从-1开始的） 进行比较。

如果 s[i] 与 t[j + 1] 不相同，j就要从next数组里寻找下一个匹配的位置。

代码如下：

while(j >= 0 && s[i] != t[j + 1]) {
    j = next[j];
}

如果 s[i] 与 t[j + 1] 相同，那么i 和 j 同时向后移动， 代码如下：

if (s[i] == t[j + 1]) {
    j++; // i的增加在for循环里
}

如果j指向了模式串t的末尾，那么就说明模式串t完全匹配文本串s里的某个子串了。

本题要在文本串字符串中找出模式串出现的第一个位置 (从0开始)，所以返回当前在文本串匹配模式串的位置i 减去 模式串的长度，就是文本串字符串中出现模式串的第一个位置。

if (j == (t.size() - 1) ) {
    return (i - t.size() + 1);
}

整体代码如下：

int j = -1; // 因为next数组里记录的起始位置为-1
for (int i = 0; i < s.size(); i++) { // 注意i就从0开始
    while(j >= 0 && s[i] != t[j + 1]) { // 不匹配
        j = next[j]; // j 寻找之前匹配的位置
    }
    if (s[i] == t[j + 1]) { // 匹配，j和i同时向后移动
        j++; // i的增加在for循环里
    }
    if (j == (t.size() - 1) ) { // 文本串s里出现了模式串t
        return (i - t.size() + 1);
    }
}

代码实现

// 前缀表统一减一操作
class Solution {
public:
    void getNext(int* next, const string& s) {
        int j = -1;
        next[0] = j;
        for(int i = 1; i < s.size(); i++) { // 注意i从1开始
            while (j >= 0 && s[i] != s[j + 1]) { // 前后缀不相同了
                j = next[j]; // 向前回退
            }
            if (s[i] == s[j + 1]) { // 找到相同的前后缀
                j++;
            }
            next[i] = j; // 将j（前缀的长度）赋给next[i]
        }
    }
    int strStr(string haystack, string needle) {
        if (needle.size() == 0) {
            return 0;
        }
        int next[needle.size()];
        getNext(next, needle);
        int j = -1; // // 因为next数组里记录的起始位置为-1
        for (int i = 0; i < haystack.size(); i++) { // 注意i就从0开始
            while(j >= 0 && haystack[i] != needle[j + 1]) { // 不匹配
                j = next[j]; // j 寻找之前匹配的位置
            }
            if (haystack[i] == needle[j + 1]) { // 匹配，j和i同时向后移动
                j++; // i的增加在for循环里
            }
            if (j == (needle.size() - 1) ) { // 文本串s里出现了模式串t
                return (i - needle.size() + 1);
            }
        }
        return -1;
    }
};