KMP之我见

第二次看kmp,才有点搞懂这个算法(我真是太弱了,就该orz陈老师和龙老师);

kmp算法完成的任务是:给定两个字符串O和f,长度分别为n和m,判断f是否在O中出现,如果出现则返回出现的位置。常规方法是遍历a的每一个位置,然后从该位置开始和b进行匹配,但是这种方法的复杂度是O(nm)。kmp算法通过一个O(m)的预处理,使匹配的复杂度降为O(n+m)。

 

kmp算法实际上就是字符串匹配的一个优化而已,因为我们在做普通字符串匹配的时候,是逐字匹配,一旦不一样就重新匹配,但是这样却忽略了一个事实,我们不一样的字符前面的位数都是匹配过的,那么我们怎么利用这些已知信息呢?

 

设被匹配的字符串为s,用来匹配的为t;kmp就是在s中找t重复出现的次数。

有两种情况:

1、如果t为完全没有重复的字符串(例如:ABCDEFG),那么效率就和普通匹配一样。

2、如果t为有重复的子串(例如ABCCBA),那么kmp的效率就要高的多,时间复杂度为O(m+n);

具体实现:

KMP之我见_第1张图片

  首先,字符串"BBC ABCDAB ABCDABCDABDE"的第一个字符与搜索词"ABCDABD"的第一个字符,进行比较。因为B与A不匹配,所以搜索词后移一位。

  2.

KMP之我见_第2张图片

  因为B与A不匹配,搜索词再往后移。

  3.

KMP之我见_第3张图片

  就这样,直到字符串有一个字符,与搜索词的第一个字符相同为止。

  4.

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  接着比较字符串和搜索词的下一个字符,还是相同。

  5.

KMP之我见_第5张图片

  直到字符串有一个字符,与搜索词对应的字符不相同为止。

  6.

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  这时,最自然的反应是,将搜索词整个后移一位,再从头逐个比较。这样做虽然可行,但是效率很差,因为你要把"搜索位置"移到已经比较过的位置,重比一遍。

  7.

KMP之我见_第7张图片

  一个基本事实是,当空格与D不匹配时,你其实知道前面六个字符是"ABCDAB"。KMP算法的想法是,设法利用这个已知信息,不要把"搜索位置"移回已经比较过的位置,继续把它向后移,这样就提高了效率。

  8.

KMP之我见_第8张图片

  怎么做到这一点呢?可以针对搜索词,算出一张《部分匹配表》(Partial Match Table)。这张表是如何产生的,后面再介绍,这里只要会用就可以了。

  9.

KMP之我见_第9张图片

  已知空格与D不匹配时,前面六个字符"ABCDAB"是匹配的。查表可知,最后一个匹配字符B对应的"部分匹配值"为2,因此按照下面的公式算出向后移动的位数:

  移动位数 = 已匹配的字符数 - 对应的部分匹配值

  因为 6 - 2 等于4,所以将搜索词向后移动4位。

  10.

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  因为空格与C不匹配,搜索词还要继续往后移。这时,已匹配的字符数为2("AB"),对应的"部分匹配值"为0。所以,移动位数 = 2 - 0,结果为 2,于是将搜索词向后移2位。

  11.

KMP之我见_第11张图片

  因为空格与A不匹配,继续后移一位。

  12.

KMP之我见_第12张图片

  逐位比较,直到发现C与D不匹配。于是,移动位数 = 6 - 2,继续将搜索词向后移动4位。

  13.

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  逐位比较,直到搜索词的最后一位,发现完全匹配,于是搜索完成。如果还要继续搜索(即找出全部匹配),移动位数 = 7 - 0,再将搜索词向后移动7位,这里就不再重复了。

  14.

KMP之我见_第14张图片

  下面介绍《部分匹配表》是如何产生的。

  首先,要了解两个概念:"前缀"和"后缀"。 "前缀"指除了最后一个字符以外,一个字符串的全部头部组合;"后缀"指除了第一个字符以外,一个字符串的全部尾部组合。

  15.

KMP之我见_第15张图片

  "部分匹配值"就是"前缀"和"后缀"的最长的共有元素的长度。以"ABCDABD"为例,

  - "A"的前缀和后缀都为空集,共有元素的长度为0;

  - "AB"的前缀为[A],后缀为[B],共有元素的长度为0;

  - "ABC"的前缀为[A, AB],后缀为[BC, C],共有元素的长度0;

  - "ABCD"的前缀为[A, AB, ABC],后缀为[BCD, CD, D],共有元素的长度为0;

  - "ABCDA"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD],后缀为[BCDA, CDA, DA, A],共有元素为"A",长度为1;

  - "ABCDAB"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA],后缀为[BCDAB, CDAB, DAB, AB, B],共有元素为"AB",长度为2;

  - "ABCDABD"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA, ABCDAB],后缀为[BCDABD, CDABD, DABD, ABD, BD, D],共有元素的长度为0。

  16.

KMP之我见_第16张图片

  "部分匹配"的实质是,有时候,字符串头部和尾部会有重复。比如,"ABCDAB"之中有两个"AB",那么它的"部分匹配值"就是2("AB"的长度)。搜索词移动的时候,第一个"AB"向后移动4位(字符串长度-部分匹配值),就可以来到第二个"AB"的位置。

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想必看到这对KMP算法应该有了一定的了解。

推荐一个好的字符串匹配的算法详解网站:

http://blog.csdn.net/WINCOL/article/details/4795369(据说有比kmp好的多的算法);
附上一道小裸题:
http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=3942

 

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