KMP算法学习总结

今天看了不少关于KMP算法的东东 读了好几篇别人写的博客 零零碎碎的算是大体明白是个怎么回事儿了 

现在好好把别人的东西 整理整理 部分是转载的哦!

KMP算法核心:

1、KMP算法借助于一个辅助数组next来确定当匹配过程中出现不等时,模式P右移的位置和开始比较的位置。

2、next[i]的取值只与模式P本身的前i+1项有关,而与目标T无关。

3、匹配过程中遇到Pi不等于Tj时,若next[i]>=0,则应将P右移i-next[i]位个字符,用P中的第next[i]个字符与Tj 进行比较

(这句话也可以这样理解 当出现不匹配时(不匹配位置为i) 计算 i=next[i], 将模式P i处的值与不匹配的原窜对齐,继续比较)

4、若:next[i]= -1,P中的任何字符都不必再与Tj比较,而应将P右移i+1个字符,从P0和Tj+1从新开始下一轮比较


next的计算方法如下(转的,我觉得讲的挺好 而且考虑的挺全面的)

书上有的东西我就不说了,那些东西网上一搜一大片,我主要说一下我理解的由前缀函数生成的next数组的含义,先贴出求next数组的方法。

void GetNext(char* t, int* next)
{
    int i, j, len;
    i = 0;
    j = -1;
    next[0] = -1;
    while(t[i] != '\0')
    {
        if (j == -1 || t[i] == t[j])
        {
            i++;
            j++;
            next[i] = j;
        }
        else
        {
            j = next[j];
        }
    }
}


当一个字符串以0为起始下标时,next[i]可以描述为"不为自身的最大首尾重复子串长度"。
也就是说,从模式串T[0...i-1]的第一个字符开始截取一段长度为m(m < i-1)子串,再截取模式串T[0...i-1]的最后m个字符作为子串,如果这两个子串相等,则该串就是一个首尾重复子串。我们的目的就是要找出这个最大的m值。

例如:

若 i = 4 ,则 i - 1 = 3 , m = next[4] = 2

从T[0...3]截取长度为2的子串,为"ab"

从T[0..3]截取最后2个字符,为"ab"

此时2个子串相等,则说明 next[4] = 2 成立,也可证明 m = 2 为最大的m值。

本来一开始我是没有加"不为自身"这个限制条件的,可是后来我发现一种情况:

若 i = 4 ,则 i - 1 = 3 , m = next[4] = 3

从T[0...3]截取长度为3的子串,为"aaa"

从T[0..3]截取最后3个字符,为"aaa"

此时2个子串相等,则说明 next[4] = 3 成立。

但是我发现如果next[4] = 4:  //这里容易犯错!!!

从T[0...3]截取长度为4的子串,为"aaaa"

从T[0..3]截取最后4个字符,为"aaaa"

此时2个子串也是相等的,那么是不是说明 next[4] 应该等于4呢?

仔细观察后发现,如果 next[4] = 4 ,那么T[0...3]的前4个字符和后4个字符是重合的,并且重复子串和T[0...3]也是相等的。看过教材后发现教材中给出的前缀函数定义有一句为:next[j] = max{k | 0 < k < j 且 'p[0]...p[k-1]' = 'p[j-k+1]...p[j-1]'},应该不包含子串为本身的情况...

这样再做PKU 2406 和 PKU 1961 的时候就很简单了,用 length - next[length] 求出"不为自身的最大首尾重复子串长度",此时需要多求一位next[length]值,若最大重复子串的长度是length的非1整数倍,则证明字符串具有周期重复性质。

PKU 2752 是求 前缀 == 后缀 的长度,也就是首尾重复子串长度,利用next数组记录的"不为自身的最大首尾重复子串长度"可以马上得到结果。


举例说明:

目标串:T: abababcb

模式串:   P:ababc

计算P的next 函数

i               0        1         2         3         4         

s              a         b        a         b          c

next[i]      -1        0        0         1         2

开始匹配

第一步: 不匹配的为c index为4  next[4]=2

T          a      b      a      b      a      b      c      b

P          a      b      a      b      

第二步:将index为next[4]=2的数字(绿色标示)与 T 中标红的a对齐

T          a      b      a      b      a      b      c      b

P                          a      b      a      b      c

这里的例子举得有点简单 一下子就对其了 复杂的道理一样!代码如下所示:

int kmp(char T[],char P[],int next[])
{
	int i=0,j=0,len1=strlen(T),len2=strlen(P);
    while((i<len1)&&(j<len2))
    {
        if(j==-1||T[i]==P[j]) 
		{
			j++;
			i++;
		}
        else 
			j=next[j];
    }
    if(j==len2) return i-len2;
    else return -1;
}




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