算法與數據結構學習（53）-程序員常用10種算法（KMP算法）

應用場景-字符串匹配問題

字符串匹配問題：：

1. 有一個字符串 str1= ““硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好””，和一個子串 str2=“尚硅谷你尚硅你”
2. 現在要判斷 str1 是否含有 str2, 如果存在，就返回第一次出現的位置, 如果沒有，則返回-1

暴力匹配算法

如果用暴力匹配的思路，並假設現在str1匹配到 i 位置，子串str2匹配到 j 位置，則有:

1. 如果當前字符匹配成功（即str1[i] == str2[j]），則i++，j++，繼續匹配下一個字符
2. 如果失配（即str1[i]! = str2[j]），令i = i - (j - 1)，j = 0。相當於每次匹配失敗時，i 回溯，j 被置爲0。
3. 用暴力方法解決的話就會有大量的回溯，每次只移動一位，若是不匹配，移動到下一位接着判斷，浪費了大量的時間。(不可行!)
4. 暴力匹配算法實現.

代碼實現

/**
 * title:暴力匹配算法實現
 * date：2020.4010
 */
package kmp;

public class VolenceMetch {

	public static void main(String[] args) {

		//測試暴力匹配
		String str1 = "你你好 你好嗎嗎馬志成 你好馬志成 哈哈哈";
		String str2 =" 你好馬志成";
		int index = vilenceMatch(str1,str2);
		System.out.println(index);
		

	}
	
	//暴力匹配算法實現
	public static int vilenceMatch(String str1,String str2){
		char[] s1=str1.toCharArray();
		char[] s2=str2.toCharArray();
		int  s1Len = s1.length;
		int  s2Len = s2.length;
		
		int i = 0;//索引指s1
		int j = 0;//索引指向s2
		while(i<s1Len && j<s2Len) {//保證匹配時不會越界
			if(s1[i] ==s2[j]) {//匹配成功
				i++;
				j++;
			}else {//沒有匹配成功
				//如果失配（即str1[i]! = str2[j]），令i = i - (j - 1)，j = 0
				i = i-(j-1);
				j = 0;
				
			}
		}
		
		//判斷是否匹配成功
		if(j == s2Len) {
			return i -j;
		}else {
			return -1;
		}
		
	}

}

KMP算法

KMP算法介紹

1. KMP是一個解決模式串在文本串是否出現過，如果出現過，最早出現的位置的經典算法
2. Knuth-Morris-Pratt 字符串查找算法，簡稱爲 “KMP算法”，常用於在一個文本串S內查找一個模式串P 的出現位置，這個算法由Donald Knuth、Vaughan Pratt、James H. Morris三人於1977年聯合發表，故取這3人的姓氏命名此算法.
3. KMP方法算法就利用之前判斷過信息，通過一個next數組，保存模式串中前後最長公共子序列的長度，每次回溯時，通過next數組找到，前面匹配過的位置，省去了大量的計算時間
4. 參考資料

KMP算法最佳應用-字符串匹配問題

字符串匹配問題：
有一個字符串 str1= “BBC ABCDAB ABCDABCDABDE”，和一個子串 str2=“ABCDABD”
現在要判斷 str1 是否含有 str2, 如果存在，就返回第一次出現的位置, 如果沒有，則返回-1
要求：使用KMP算法完成判斷，不能使用簡單的暴力匹配算法.

KMP算法中很重要的一步是計算《部分匹配表》

部分分配表的計算最重要的是找字符串的前後綴

代碼實現

package kmp;

import java.util.Arrays;

public class KMPAlgorithm {

	public static void main(String[] args) {
		
		String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
		String str2 = "ABCDABD";
		//String str2 = "BBC";
		
		int[] next=kmpNext("ABCDABD");
		System.out.println("next = "+Arrays.toString(next));
		
		int index = kmpSearch(str1,str2,next);
		System.out.println("index = "+index);
	}
	
	//寫出kmp搜索算法
	/**
	 * 
	 * @param str1	搜尋的原字符串
	 * @param str2	需要找到的子串
	 * @param next	子串對應的部分匹配表
	 * @return	返回第一個匹配位置，沒有匹配到返回-1
	 */
	public static int kmpSearch(String str1,String str2,int[] next) {
		
		//遍歷
		for(int i = 0,j =0;i<str1.length();i++) {
			
			//需要處理str1.charAt(i) == str2.charAt(j),去調整j的大小
			//KMP的核心
			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;
	}
	
	//獲取子串的部分匹配值
	public static int[] kmpNext(String dest) {
		//創建一個next數組保存部分匹配值
		int[] next = new int[dest.length()];
		next[0] = 0;//如果字符串長度爲1，匹配值就位1
		for(int i =1,j =0;i<dest.length();i++) {
			//噹噹dest.cahrAt(i) ！== dest.charAt(j)），我們需要從next[j-1]獲取新的j
			//直到dest.cahrAt(i) == dest.charAt(j)）成立時才退出
			//這是kmp算法的核心
			while(j>0 && dest.charAt(i)  != dest.charAt(j)) {
				j = next[j -1];
			}
			
			//當dest.cahrAt(i) == dest.charAt(j)）滿足是，部分匹配值加一
			if(dest.charAt(i)  == dest.charAt(j)) {
				j++;
			}
			next[i] =j;
		}
		return next;
	}
	
	

}