KMP字符串匹配

本文介绍了一种高效的单串匹配算法——KMP算法,该算法通过使用next数组来避免不必要的重复匹配,实现O(n)的时间复杂度。文章通过实例详细解释了KMP算法的工作原理,并提供了完整的代码实现。

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KMP是一个单串匹配O(n)O(n)的算法,不同于Hash,这个是保证正确的。
什么是单串匹配呢?就是给你一个模式串P和一个文本串T,问P在T中的哪些位置出现过。
暴力做法就是把T的每个位置都跟P匹配一遍,复杂度为O(len(T)len(P))O(len(T)∗len(P)),也就是O(nm)O(nm)
以下,因为公式化的引号(包括单引号和双引号)不好看,所以单个字符或字符串的两边都没有引号。
我们发现,有些位置我们会匹配重复很多遍,浪费大量的时间。比如说,当P=aaab,T=aaaabP=aaab,T=aaaab时,前三个a都能匹配上,到第四个字符发现a不等于b时,我们就得重头再来,而不是利用之前能够匹配上的三个a。
那怎样尽可能减少这种无意义的匹配呢?
介绍一下KMP的核心:next数组。next[i]代表模式串中第0位到第i-1位的最长公共前后缀的长度,也就是当前位置失配后应当匹配的下一个。试想一下,假如next[i] = x,就意味着第0位到第x-1位和第i-x位到第i-1位是一样的,那么当你在第i位匹配失败了,你就直接跳到第x位匹配不就很好吗?
下面举个例子:
00 1 22 3 44 5
aa b dd a bb c
aa b dd a bb d aa b cc
其中,第一行是i,第二行是P[i]P[i],第三行是T[i]T[i]
模拟一下匹配过程:
维护两个指针i,ji,j进行匹配,其中ii维护T当前的位置,j维护PP当前的位置,初值均为0;
发现P[0]=T[0],则i,ji,j两个指针都加1,此时i=j=1i=j=1
发现P[1]=T[1]P[1]=T[1],则i,ji,j两个指针都加1,此时i=j=2i=j=2
……
发现P[4]=T[4]P[4]=T[4],则i,ji,j两个指针都加1,此时i=j=5i=j=5
紧接着,P[5]T[5]P[5]≠T[5],我们有P[0]=P[3]=a,P[1]=P[4]=bP[0]=P[3]=a,P[1]=P[4]=b,因为P[3],P[4]P[3],P[4]T[3],T[4]T[3],T[4]能够成功匹配,就意味着P[0],P[1]P[0],P[1]T[3],T[4]T[3],T[4]也能成功匹配,所以P[5]P[5]匹配失败后,我们就可以用P[2]P[2]去试试,即j=next[j]=2j=next[j]=2
然后一路顺风顺水地就匹配完了。

Code

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdio>

const int maxn = 1e6 + 7;

using namespace std;

int n;
char t[maxn];
char p[maxn];
int nex[maxn];

inline void get_next(char *p, int *nex)
{
    int i = 0, j = -1;
    nex[0] = -1;
    while (p[i]) {
        if (j < 0 || p[i] == p[j]) nex[++i] = ++j;
        else j = nex[j];
    }
}

inline void kmp(char *t, char *p)
{
    for (int i = 0, j = 0; t[i]; i++) {
        while (~j && t[i] != p[j]) j = nex[j];
        j++;
        if (j == n) printf("%d\n", i - n + 2);
    }
}

int main(void)
{
    scanf("%s%s", t, p);
    n = strlen(p);
    get_next(p, nex);
    kmp(t, p);
    for (int i = 1; i <= n; i++) printf("%d ", nex[i]);

    return 0;
}
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