KMP算法之解决字符串匹配的问题

应用场景-字符串匹配问题

字符串匹配问题：：
有一个字符串 str1= ""你好的乘客就变成了威威成本即可奥尔加本次选举二点五啦""，和一个子串 str2="本次选"
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

解决思路

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:

如果当前字符匹配成功（即str1[i] == str2[j]），则i++，j++，继续匹配下一个字符

如果失配（即str1[i]! = str2[j]），令i = i - (j - 1)，j = 0。相当于每次匹配失败时，i 回溯，j 被置为0。

用暴力方法解决的话就会有大量的回溯，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!)

暴力匹配算法实现.

public class ViolenceMatch {

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "暴力破解算法之任意字符串围殴文凭的么快二u我围殴的打错了";
        String str2 = "围殴的";
        int index = violenceMatch(str1, str2);
        System.out.println("index=" + index);
    }

    // 暴力匹配算法实现
    public static int violenceMatch(String str1, String str2) {

        char[] s1 = str1.toCharArray();
        char[] s2 = str2.toCharArray();

        int s1len = s1.length;
        int s2len = s2.length;

        int i = 0; // i索引指向s1
        int j = 0; // j索引指向s2
        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;
        } else {
            return -1;
        }
    }
}

结果

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KMP算法解决

KMP算法介绍

KMP是一个解决模式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

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，故取这3人的姓氏命名此算法.

KMP方法算法就利用之前判断过信息，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

参考资料：https://www.cnblogs.com/ZuoAndFutureGirl/p/9028287.html

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获取部分匹配值的代码实现如下:

//获取到一个字符串(子串) 的部分匹配值表
    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()];
        next[0] = 0; //如果字符串是长度为1 部分匹配值就是0
        for(int i = 1, j = 0; i < dest.length(); i++) {
            //当dest.charAt(i) != dest.charAt(j) ，我们需要从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
            //这时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;
    }
}

核心代码实现:

public class KMPAlgorithm {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
        String str2 = "ABCDABD";
        //String str2 = "BBC";
        
        int[] next = kmpNext("ABCDABD"); //[0, 1, 2, 0]
        System.out.println("next=" + Arrays.toString(next));

        int index = kmpSearch(str1, str2, next);
        System.out.println("index=" + index); // 15了

    }
    
    //写出我们的kmp搜索算法
    /**
     * 
     * @param str1 源字符串
     * @param str2 子串
     * @param next 部分匹配表, 是子串对应的部分匹配表
     * @return 如果是-1就是没有匹配到，否则返回第一个匹配的位置
     */
    public static int kmpSearch(String str1, String str2, int[] next) {
        
        //遍历 
        for(int i = 0, j = 0; i < str1.length(); i++) {
            
            //需要处理 str1.charAt(i) ！= str2.charAt(j), 去调整j的大小
            //KMP算法核心点, 可以验证...
            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 // j = 3 i 
                return i - j + 1;
            }
        }
        return  -1;
    }

    //获取到一个字符串(子串) 的部分匹配值表
    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()];
        next[0] = 0; //如果字符串是长度为1 部分匹配值就是0
        for(int i = 1, j = 0; i < dest.length(); i++) {
            //当dest.charAt(i) != dest.charAt(j) ，我们需要从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
            //这时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;
    }
}

结果:

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