数据结构与算法-160~163-暴力匹配和KMP算法

160 暴力匹配算法解决字符串匹配问题

字符串匹配问题：

1. 有一个字符串 str1 = “硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好” ，和一个子串 str2 = “尚硅谷你尚硅你”
2. 现在要判断 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

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暴力匹配算法

如果用暴力匹配的思路，并假设现在 str1 匹配到 i 位置，子串 str2 匹配到 j 位置，则有：

1. 如果当前字符匹配成功，（即 str1[i] == str2[j]) , 即 i++ ， j++ ， 继续匹配下一个字符
2. 如果失配 （即 str1[i] != str[j]），令 i = i (j - 1) , j = 0 。相当于每次匹配失败时，i 回溯，j 位置为 0
3. 用暴力方法解决的话会有大量的回溯，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）
4. 暴力匹配算法实现

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package com.old.kmp_160_163;

public class ViolenceMatch {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(violenceMathch("硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好", "尚硅谷你尚硅你-"));
    }


    //暴力匹配算法实现
    public static int violenceMathch(String str1, String str2) {
        char[] s1 = str1.toCharArray();
        char[] s2 = str2.toCharArray();
        int s1Len = s1.length;
        int s2Len = s2.length;

        int i = 0;
        int j = 0;


        while (i < s1Len && j < s2Len) { // 保证匹配时不越界
            if (s1[i] == s2[j]) {
                i++;
                j++;
            } else {
                i = i - (j - 1);
                j = 0;
            }
        }
        if (j == s2Len) {
            return i - j;
        }



        /*for (int i = 0; i < s1Len; i++) {
            for (int j = 0; j < s2.length; j++) {
                if (s1[i] == s2[j]) {
                    i++;
                    j++;
                } else if (j == s2.length - 1) {
                    return i;
                } else {
                    i = i - (j - 1);
                    j = 0;
                }
            }
        }*/


        return -1;
    }
}

161 KMP 算法解决字符串匹配思路图解

介绍

1. kmp 是一个解决字符串在文本串是否出现过，如果出现过，最早出现的位置的经典算法
2. 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，帮取这 3 人的姓氏命名此算法
3. KMP方法算法就租用之前判断过信息，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
4. 参考资料

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字符串匹配问题

1. 有一个字符串 str = “BBC ABCDAB ABCDABCDABDE” 和一个子串 str2 = “ABCDABD”
2. 现在要判断 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
3. 要求：使用 KMP 算法完成判断，不能使用简单的暴力匹配算法

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162 KMP算法解决字符串匹配代码实现

package com.old.kmp_160_163;

import java.util.Arrays;

public class KMPAlgorithm {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
        String str2 = "ABCDABD";
//        str2 = "BBC";

        int[] next = kmpNext(str2); //[0, 0, 0, 0, 1, 2, 0]
        System.out.println(Arrays.toString(next));
        System.out.println(kmpSearch(str1, str2, next));
    }

    //kmp搜索算法

    /**
     * @param str1 原字符串
     * @param str2 子串
     * @param next 部分匹配表，是子串对应的部分匹配表
     * @return 返回第一个匹配的位置，没有匹配到 -1
     */
    public static int kmpSearch(String str1, String str2, int[] next) {
        for (int i = 0, j = 0; i < str1.length(); i++) {

            //需要考虑不相等 去调整j的大小
            //kmp算法的核心点
            while (j > 0 && str1.charAt(i) != str2.charAt(j)) {
                j = next[j - 1];
            }

            if (str1.charAt(i) == str2.charAt(j)) {
                j++;
            }

            if (j == str2.length()) {
                //找到了
                return i - j + 1;
            }
        }
        return -1;
    }


    //获取到一个字符串（子串）部分匹配值
    public static int[] kmpNext(String dest) {
        //创建一个 next 数组 保存 部分匹配值
        int[] next = new int[dest.length()];
        //如果字符串是长度为1，部分匹配值就是0
        next[0] = 0;
        for (int i = 1, j = 0; i < dest.length(); i++) {

            // dest.charAt(i) != dest.charAt(j) ,需要从 next[j - 1] 获取新的j
            // 直到我们发现有 dest.charAt(i) == dest.charAt(j) 成立才退出
            //这是 kmp 算法的核心点
            while (j > 0 && dest.charAt(i) != dest.charAt(j)) {
                j = next[j - 1];
            }


            //当 dest.charAt(i) == dest.charAt(j) 满足时，部分匹配值就是 +1
            if (dest.charAt(i) == dest.charAt(j)) {
                j++;
            }

            next[i] = j;
        }

        return next;
    }
}

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