CPP KMP算法

字符串匹配算法,返回模式串第一次匹配目标串成功时的索引值。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//KMP
int *pnext(string s){
    int n=s.size();
    int k=-1,i=0;
    int *next = new int[n];
    for (int i=0;i<n;++i) next[i]=-1;
    while( i < n ){
        if ( (k==-1) || (s[i]==s[k]) )
        {
            ++k,++i;
            next[i]=k;
        }
        else{
            k=next[k];
        }
    }
    return next;
}

int KMP(string target, string mode){
    int n=target.size(),m=mode.size();
    int i=0,j=0;
    int *next=pnext(mode);
    while (i<n)
    {
        if (target[i]==mode[j]) ++i,++j;
        else j=next[j];
    }
    delete []next;
    if (j==m){
        return (i-j);
    } 
    else{
        return -1;
    }
}

int main(){
    //测试
    string a="ababc",b="abc";
    cout << KMP(a,b);
    return 0;
}
### KMP算法C++中的实现 KMP(Knuth-Morris-Pratt)是一种高效的字符串匹配算法,其核心在于通过构建`next`数组来减少不必要的字符比较次数。以下是关于该算法的具体介绍及其C++实现。 #### 1. `next`数组的计算逻辑 为了提高效率,KMP算法预先处理模式串并生成一个辅助数组——`next`数组。这个数组记录了模式串中每个位置之前的最长公共前后缀长度[^4]。 具体来说,对于给定的模式串`pattern`,可以通过如下方式计算`next`数组: ```cpp vector<int> calculate_next(const string& pattern) { int n = pattern.size(); if (n <= 0) return {}; vector<int> next(n); next[0] = -1; for (int i = 0; i < n - 1; ++i) { int k = next[i]; if (k != -1 && pattern[k] == pattern[i]) { next[i + 1] = next[i] + 1; } else { while (k != -1 && pattern[k] != pattern[i]) { k = next[k]; } next[i + 1] = k + 1; } } return next; } ``` 上述代码实现了`next`数组的计算过程,其中利用了回溯机制以确保能够找到尽可能长的公共前后缀。 --- #### 2. 字符串匹配的核心流程 基于已有的`next`数组,可以在主串`text`中高效查找是否存在子串`pattern`。下面是完整的KMP匹配算法实现: ```cpp #include <iostream> #include <string> #include <vector> using namespace std; // 计算next数组 vector<int> calculate_next(const string& pattern) { int n = pattern.size(); if (n <= 0) return {}; vector<int> next(n); next[0] = -1; for (int i = 0; i < n - 1; ++i) { int k = next[i]; if (k != -1 && pattern[k] == pattern[i]) { next[i + 1] = next[i] + 1; } else { while (k != -1 && pattern[k] != pattern[i]) { k = next[k]; } next[i + 1] = k + 1; } } return next; } // 使用KMP算法进行字符串匹配 bool kmp_search(const string& text, const string& pattern) { if (pattern.empty()) return true; if (text.empty() || pattern.size() > text.size()) return false; vector<int> next = calculate_next(pattern); int i = 0, j = 0; int m = text.size(), n = pattern.size(); while (i < m && j < n) { if (j == -1 || text[i] == pattern[j]) { i++; j++; } else { j = next[j]; } } if (j >= n) return true; // 找到了匹配项 return false; // 没有找到匹配项 } int main() { string text = "ABABDABACDABABCABAB"; string pattern = "ABABCABAB"; bool result = kmp_search(text, pattern); cout << (result ? "Pattern found!" : "Pattern not found!") << endl; return 0; } ``` 此程序展示了如何使用KMP算法检测某个模式串是否存在于主串之中。如果存在,则返回`true`;否则返回`false`。 --- #### 3. 应用场景分析 除了基本的字符串匹配外,KMP还可以应用于更复杂的实际问题中,比如: - **DNA序列分析**:快速定位特定基因片段的位置。 - **文本编辑器功能增强**:支持实时高亮显示关键词的功能。 - **网络协议解析**:识别数据包内的固定字段结构。 这些应用场景都依赖于KMP强大的性能优势,在时间复杂度上达到了O(m+n),远优于朴素方法(O(m*n))[^1]。 ---
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