字符串匹配KMP算法C++代码实现

时间:2022-04-11 19:56:55

看到了一篇关于《字符串匹配的KMP算法》(见下文)的介绍,地址:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/05/Knuth%E2%80%93Morris%E2%80%93Pratt_algorithm.html,这篇博客对KMP算法的解释很清晰,但缺点是没有代码的实现。所以本人根据这位大神的思路写了一下算法的C++实现。

C++代码如下:

#include <iostream>
#include<string.h>

using namespace std;

int kmp(const char *text, const char *find)
{
if (text == '\0' || find == '\0')
return -1;
int find_len = strlen(find);
int text_len = strlen(text);
if (text_len < find_len)
return -1;
int map[find_len];
memset(map, 0, find_len*sizeof(int));
map[0] = 0;
map[1] = 0;
int i = 2;
int j = 0;

//计算《部分匹配表》 map
for (i=2; i<=find_len; i++)
{
while (1)
{
if (find[i-1] == find[j])
{
j++;
map[i-1]=j;
break;
}
else
{
if (j == 0)
{
map[i] = 0;
break;
}
j = map[j];
}
}
}
/* for(int m=0; m<find_len; ++m)
{
cout << map[m]<<endl;
}*/
i = 0;
j = 0;

//KMP算法实现
for (i=0; i<text_len;)
{
if (text[i] == find[j])
{
i++;
j++;
continue;
}
if (j == (find_len))
return i-j;
else
{

if (j == 0)
i++;
else
j = map[j-1];
}
}
return -1;
}

int main()
{
char* str1="BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";

char * str2 ="ABCDABD";
int temp =kmp(str1, str2);
cout << temp<<endl;
return 0;
}

转自《字符串匹配的KMP算法》

举例来说,有一个字符串"BBC ABCDAB ABCDABCDABDE",我想知道,里面是否包含另一个字符串"ABCDABD"?

字符串匹配KMP算法C++代码实现

许多算法可以完成这个任务,Knuth-Morris-Pratt算法(简称KMP)是最常用的之一。它以三个发明者命名,起头的那个K就是著名科学家Donald Knuth。

字符串匹配KMP算法C++代码实现

这种算法不太容易理解,网上有很多解释,但读起来都很费劲。直到读到Jake Boxer的文章,我才真正理解这种算法。下面,我用自己的语言,试图写一篇比较好懂的KMP算法解释。

1.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

因为B与A不匹配,搜索词再往后移。

3.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

接着比较字符串和搜索词的下一个字符,还是相同。

5.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

因为空格与A不匹配,继续后移一位。

12.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

"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.

字符串匹配KMP算法C++代码实现

"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。

(完)



参考地址:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/05/Knuth%E2%80%93Morris%E2%80%93Pratt_algorithm.html

                    http://blog.csdn.net/airfer/article/details/8951802/