KMP算法, 什么是KMP算法 ,暴力匹配 ,KMP算法实现

KMP算法

什么是KMP算法

KMP是Knuth、Morris和Pratt首字母的缩写，KMP也是由这三位学者发明（1977年联合发表论文）。

KMP主要应用在字符串的匹配，是一个解决模式串在文本串是否出现过，如果出现过，得出最早出现的位置的经典算法。其主要思想是：当出现字符串不匹配时，可以知道之前已经匹配的文本内容，可以利用这些信息避免从头再去匹配，从而提高匹配效率。

因此如何记录已经匹配的文本内容，才是KMP的重点~这也使得next数组派上了用场。

KMP算法就利用之前判断过信息，通过一个 next 数组，保存模式串中前后最长公共子序列的长度，每次回溯时，通过 next 数组找到前面匹配过的位置，省去了大量的计算时间。

暴力匹配

现给出一段字符串str1：“硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好”，和一段子字符串str2：“尚硅谷你”。

要求写出判断str1是否含有str2的代码，如果存在就返回第一次出现的位置，如果没有则返回-1。

说到字符串匹配，我们第一时间想到的是直接遍历字符串，看看是否存在。这种方法称为暴力匹配，抛开效率不说，这种方式是最直接，最简单的方式。

然而暴力匹配也是一种算法，一种解决方案，针对上述问题，我们可以得出暴力匹配算法的思路（假设现在 str1 匹配到 i 位置，子串 str2 匹配到 j 位置）：

• 如果当前字符匹配成功（即 str1[i] == str2[j]），则 i++，j++，继续匹配下一个字符
• 如果失配（即 str1[i] != str2[j]），令 i = i - (j - 1)，j = 0。相当于每次匹配失败时，i 回溯，j 被置为 0
• 用暴力方法解决的话就会有大量的回溯，每次只移动一位，若是不匹配，移动到下一位接着判断，浪费了大量的时间(不可行!)

代码示例：

/**
 * 暴力匹配算法
 * @param str1
 * @param str2
 * @return 返回str2首次出现在str1的位置，匹配不到则返回-1
 */
public static int violenceMatch(String str1, String str2) {
    char[] s1 = str1.toCharArray();
    char[] s2 = str2.toCharArray();

    int i = 0; // 指向s1
    int j = 0; // 指向s2

    while (i < s1.length && j < s2.length) {
        if (s1[i] == s2[j]) {
            i++;
            j++;
        } else {
            // 只要有一个没有匹配上
            i = i - (j - 1);
            j = 0;
        }
    }
    // 判断是否匹配成功
    if (j == s2.length) {
        return i - j;
    }
    return -1;
}

在main方法中测试暴力匹配：

public class AlgorithmUtils {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好";
        String str2 = "尚硅谷你";

        int index = AlgorithmUtils.violenceMatch(str1, str2);
        if (index != -1) {
            System.out.printf("第一次出现的位置是%d", index);
        }
    }
}

KMP算法实现

前面呢我们已经使用暴力匹配算法，完成了上述问题的求解！也知道了暴力匹配存在效率问题，那么KMP算法又是怎样实现呢？

为方便阐述，这里我们换个案例：现有两组字符串

str1 = “BBC ABCDAB ABCDABCDABDE”;
str2 = “ABCDABD”;

要求使用 KMP算法 完成判断，str1 是否含有 str2，如果存在，就返回第一次出现的位置，如果没有，则返回-1。

备注：不能使用简单的暴力匹配算法！！！