字符串匹配KMP算法

• 来源：领扣 leetcode 28. 实现strStr()

• 题目：实现 strStr() 函数。
  给定一个 haystack 字符串和一个 needle 字符串，在 haystack 字符串中找出 needle 字符串出现的第一个位置 (从0开始)。如果不存在，则返回 -1。

  • 示例 1:
    输入: haystack = “hello”, needle = “ll”
    输出: 2
  • 示例 2:
    输入: haystack = “aaaaa”, needle = “bba”
    输出: -1
  • 说明:
    当 needle 是空字符串时，我们应当返回什么值呢？这是一个在面试中很好的问题。
    对于本题而言，当 needle 是空字符串时我们应当返回 0 。这与C语言的 strstr() 以及 Java的 indexOf() 定义相符。

• 做法1：遍历haystack，利用subString()，找到needle的位置

  public int strStr(String haystack, String needle) {
            int len1 = haystack.length();
            int len2 = needle.length();
            if (len1 < len2) {
                return -1;
            } else if (len2 == 0) {
                return 0;
            }
            int num = len1 - len2;
            for (int i = 0; i <= num; i++) {
                if (haystack.substring(i, i + len2).equals(needle)) {
                    return i;
                }
            }
            return -1;
        }

• 做法2：和做法1类似，只不过把subString()换成了chatAt()

public int strStr2(String haystack, String needle) {
        int len1 = haystack.length();
        int len2 = needle.length();
        if (len1 < len2) {
            return -1;
        } else if (len2 == 0) {
            return 0;
        }
        int num = len1 - len2;
        for (int i = 0; i <= num; i++) {
            int count = 0;
            while (count < len2 && haystack.charAt(count + i) == needle.charAt(i)) {
                count++;
            }
            if (count == len2)
                return i;
        }
        return -1;
    }

• 做法3：KMP，程序理解起来有点困难的话，就多调式，会好很多。

public int strStr3(String haystack, String needle) {
        int len1 = haystack.length();
        int len2 = needle.length();
        if (len1 < len2) {
            return -1;
        } else if (len2 == 0) {
            return 0;
        }
        int[] prefix = getPrefix(needle);

        int i = 0, j = 0;
        char[] text = haystack.toCharArray();
        char[] pattern = needle.toCharArray();

        while (i < len1) {
            if (j == len2 - 1 && text[i] == pattern[j]) return i - j;
            if (text[i] == pattern[j]) {
                i++;
                j++;
            } else {
                j = prefix[j];
                if (j == -1) {
                    i++;
                    j++;
                }
            }
        }
        return -1;
    }

    /*
    功能：
    字符串  a   b   a   b
           0   0   1   2
     所求 -1   0   0   1

     多多调试有助于更好地理解：
     a  b  a  b  a  d
     0  0  1  2  3  0
    -1  0  0  1  2  3
     */
    private int[] getPrefix(String needle) {
        //给定字符串：a   b   a   b
        char[] arr = needle.toCharArray();
        int arrLen = arr.length;
        //记录最左前缀相同的长度
        int prefixLen = 0;
        int i = 1;
        int[] prefix = new int[arrLen];
        prefix[0] = 0;

        //第一步求得 0   0   1   2
        while (i < arrLen) {
            if (arr[i] == arr[prefixLen]) {
                prefixLen++;
                prefix[i] = prefixLen;
                i++;
            } else {
                if (prefixLen > 0) prefixLen = prefix[prefixLen - 1];
                else {
                    prefix[i] = 0;
                    i++;
                }
            }
        }

        //第二步求得 -1   0   0   1
        int index = prefix.length - 1;
        while (index > 0) {
            prefix[index] = prefix[index - 1];
            index--;
        }
        prefix[0] = -1;
        return prefix;
    }

可以参考：讲解的十分详细
从头到尾彻底理解KMP（2014年8月22日版）
字符串匹配KMP算法的讲解C++