KMP算法-Java實現

時間 2019-12-11

標籤 kmp 算法 java 實現欄目 Java 简体版

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目的：算法

爲了解決字符串模式匹配數組

歷程：性能

樸素模式匹配：逐次進行比較spa

KMP算法：利用匹配失敗獲得的信息，來最大限度的移動模式串，以此來減小比較次數提升性能code

概念：blog

m：是目標串長度索引

n：是模式串長度字符串

j：某次匹配時，第一次出現的不一樣的索引位置（有的稱爲：失配位）get

k：最長首尾串長度（有的稱爲：最長公共先後綴）string

核心思想：

S S₀ S₁...... S_i-j-1S_i-jS_i-j+1S_i-j+2...... S_i-2S_i-1S_i ...... S_n-1

|| || || || || ×

P P₀ P₁ P₂ P_j-2 P_j-1P_j

有S_i-j-1S_i-jS_i-j+1S_i-j+2...... S_i-2S_{i-1=P₀P₁ P_{2 ......}P_j-2 P_j-1}

若是 P₀P₁ P_{2 ......}P_{j-2 ≠ P₁ P_{2 ......}P_j-2P_j-1}

則能夠當即判定 P₀P₁ P_{2 ......}P_{j-2 ≠ S_i-j+1S_i-j+2...... S_i-2S_{i-1，即：樸素模式匹配的下一次移動必定不匹配，則能夠跳過這一次}}

若是 P₀P₁ P_{2 ......}P_{j-3 ≠ P_{2 ......}P_j-2P_j-1}

則能夠當即判定 P₀P₁ P_{2 ......}P_{j-2 ≠ S_i-j+1S_i-j+2...... S_i-2S_{i-1，即：樸素模式匹配的下一次移動必定不匹配，則能夠跳過這一次}}

直到第一次出現相等的狀況終止：P₀P₁ P_{2 ......}P_k-1₌ P_j-k_{_......P_j-2P_j-1}

獲得的k就是最長的首尾串長度，而後經過 j-k 獲得了咱們須要移動的位數，這樣咱們就利用了匹配失敗的結果，獲得了咱們能夠移動的步數，提高了性能

關於k：

其實肉眼就直接能看出來，k是最長首尾串長度，好比：

11111 k=4（前綴：1111，後綴：1111）

12112 k=2（前綴：12，後綴：12）

12345 k=0（無相同前綴後綴）

例子：

S=ababababababb

P=abababb

重申一下原理：樸素模式匹配效率低的緣由是一位一位的比較，丟棄了以前失敗的信息。而KMP算法從匹配失敗的信息中獲得能夠最大移動的步數，以此來減小比較的次數，來提高性能。

這裏並無說起，next數組及newnext數組，模式串的特徵向量N，其實不用管它，思想理解了，只是別人起了個叫法而已。

Java代碼：

    /**
     * 樸素模式匹配
     * 
     * @param source 目標串
     * @param pattern 模式串
     */
    private static void plain(String source, String pattern) {
        int res=0;
        int sourceLength=source.length();
        int patternLength=pattern.length();
        for(int i=0;i<=(sourceLength-patternLength);i++){
            res++;
            String str=source.substring(i, i+patternLength);
            if(str.equals(pattern)){
                p("樸素模式：匹配成功");
                break;
            }
        }
        p("樸素模式：一共匹配"+res+"次數");
    }

    //KMP算法實現
　　 private static void KMP(String source, String pattern) {
        int[] N=getN(pattern);
        int res=0;
        int sourceLength=source.length();
        int patternLength=pattern.length();
        for(int i=0;i<=(sourceLength-patternLength);){
            res++;
            String str=source.substring(i, i+patternLength);//要比較的字符串
            p(str);
            int count=getNext(pattern, str,N);
            p("移動"+count+"步");
            if(count==0){
                p("KMP：匹配成功");
                break;
            }
            i=i+count;
        }
        p("KMP：一共匹配"+res+"次數");
    }
    /**
     * 獲得下一次要移動的次數
     * 
     * @param pattern
     * @param str
     * @param N
     * @return 0,字符串匹配；
     */
    private static int getNext(String pattern,String str,int[] N) {
        int n = pattern.length();
        char v1[] = str.toCharArray();
        char v2[] = pattern.toCharArray();
        int x = 0;
        while (n-- != 0) {
            if (v1[x] != v2[x]){
                if(x==0){
                    return 1;//若是第一個不相同，移動1步
                }
                return x-N[x-1];//x:第一次出現不一樣的索引的位置，即j
            }
            x++;
        }
        return 0;
    }
    private static int[] getN(String pattern) {
        char[] pat=pattern.toCharArray();
        int j=pattern.length()-1;
        int[] N=new int[j+1];
        for(int i=j;i>=2;i--){
            N[i-1]=getK(i,pat);
        }
        for(int a:N)
            p(a);
        return N;
    }
    private static int getK(int j, char[] pat) {
        int x=j-2;
        int y=1;
        while (x>=0 && compare(pat, 0, x, y, j-1)) {
            x--;
            y++;
        }
        return x+1;
    }
    private static boolean compare(char[] pat,int b1,int e1,int b2,int e2){
        int n = e1-b1+1;
        while (n-- != 0) {
            if (pat[b1] != pat[b2]){
                return true;
            }
            b1++;
            b2++;
        }
        return false;
    }
    public static void p(Object obj) {
        System.out.println(obj);
    }