KMP算法

本文深入讲解了KMP算法,一种高效的字符串匹配算法,通过预处理模式串生成next数组,实现O(n)的时间复杂度,避免了传统匹配算法的回溯问题。

有一个文本串a,和一个模式串b,现在要查找b在a中的位置

//算法复杂度O(n)
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int next[1000005]; 
//next[i],表示b[i]之前(不包括b[i])的字符串中,有next[i]长度的相同前缀后缀。

void getNext(string b)   //尝试以b为主串,b右移一位为匹配串,尝试最大匹配,在过程中记录next数组 
{
	next[0] = -1;
	int i = 0,j = -1;   //j = -1表明不能从第一位开始匹配 
	//j代表在当前的第i个字符出现前的最大匹配 
	int len = b.length();
	while( i < len )
	{
		if( j == -1 || b[i] == b[j] )
		{
		//如果j == -1,表明b[0...i-1]的字符串没有相同的前缀后缀
		//如果b[i] == b[j],那么表明b[0...i-1]的字符串有b[0...j]的相同前缀后缀,长为j+1 
			i++;
			j++;
			next[i] = j;
		}else j = next[j];  //当前位置无法匹配成功,像kmp般前移至next[i],原理相似 
	}
} 

int kmp(string a,string b)   //返回以a中与b完全相同子串的第一个字符下标 
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	int len1 = a.length();
	int len2 = b.length();
	while( i < len1 && j <len2 )
	{
		//j等于-1表示b[0]与a[i]不匹配
		//j不等于0表示b[j]与a[i]尝试匹配 
		if( j == -1 || a[i] == b[j] )
		{
			i++;
			j++;
		}else j = next[j];    //匹配不成功,但是b[j]之前有长度为next[j]相同前缀后缀,这些后缀与a[i]的后缀相同
		//那么b[j]长度为next[j]的前缀也一定与a[i]的后缀相同,所以下次匹配就以next[j]的下标开始匹配即[0...next[j]-1]已匹配成功 
	} 
	if( j == len2 ) return i - j;     //匹配成功返回下标
	else return -1; 
}

int main()
{
	string a,b; 
	cin >> a >> b;
	getNext(b);
	cout << kmp(a,b) + 1 << endl;
	int len = b.length();
	cout << len << endl;
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		if( i != len-1 ) cout << next[i] << " ";
		else cout << next[i] << endl;
	}
	return 0;
}
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