KMP 算法是计算机字符串匹配的常规算法。wiki
本篇文章借助简单示例,用通俗易懂的方式描述对 KMP 算法的理解。
匹配值表
对于 KMP 来说,“匹配值表”是很关键的。下面我们从简单示例出发描述匹配值表是如何产生的,以便理解。
现在 我们需要查找的字符串是 “ABABABCA”。
在描述“匹配值表“之前,我们需要简短的介绍下前缀和后缀的概念:
前缀:从 0 位,依次截取 1 到(len - 1)长度字符串的集合
后缀:从 len - 1 位反序,依次截取 1 到(len - 1)长度字符串的集合
字符串 | 前缀集合 | 后缀集合 | 前缀后缀交集 |
"A" | [] | [] | [] |
"AB" | [A] | [B] | [] |
"ABA" | [A,AB] | [A, BA] | [A] |
"ABAB" | [A, AB, ABA] | [B, AB, BAB] | [AB] |
"ABABA" | [A, AB, ABA, ABAB] | [A, BA, ABA, BABA] | [A, ABA] |
"ABABAB" | [A, AB, ABA, ABAB, ABABA] | [B, AB, BAB, ABAB, BABAB] | [AB, ABAB] |
"ABABABC" | [A, AB, ABA, ABAB, ABABA, ABABAB] | [C, BC, ABC, BABC, ABABC, BABABC] | [] |
"ABABABCA" | [A, AB, ABA, ABAB, ABABA, ABABAB, ABABABC] | [A, CA, BCA, ABCA, BABCA, ABABCA, BABABCA] | [A] |
从上表,如果耐心看,完全可以理解前缀和后缀的概念。
那么“匹配值”又是指什么呢?
“匹配值”是指前缀和后缀集合,最长共有元素的长度,即交集中最长元素的长度
那么不难从上表中得出每一位(index)字符对应“匹配值(value)”:
char: | A | B | A | B | A | B | C | A | index:| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | value:| 0 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 0 | 1 | 复制代码
匹配值表的使用
我们可以根据匹配值表来加速查找匹配的过程。
下面还是举例说明问题:
在字符串"BACBABABAABCBABABABCA"(text)中查找上文中的字符串"ABABABCA"(pattern), 下文中对两个字符串的代称为括号之内的单词。
从 text 第一位开始匹配,第一次匹配成功是这样:
BACBABABAABCBABABABCA | ABABABCA 复制代码
那么开始往后匹配,发现 text 的第二位"C"和 pattern 的第二位"B"不匹配, 所以当前部分匹配长度为1(只有一个A),并且根据上文的匹配值表得到,当前的匹配值为 0。
移动位数 = 已匹配字符长度 - 对应位的匹配值
即 移动位数 = 1 - 0,所以我们继续向后移一位进行匹配。
再一次匹配成功的情形:
BACBABABAABCBABABABCA ||||| ABABABCA 复制代码
此时,text 中的"A"与 pattern 中的 "B" 不匹配,如果不按照算法,肯定是继续后移一位进行匹配。 如果根据上述计算公式:
移动位数 = "ABABA".length - pattern[4]的匹配值
即 5 - 3 = 2
所以我们可以一次后移两位:
BACBABABAABCBABABABCA xx||| ABABABCA 复制代码
又不匹配了,此时应该后移
"ABA".length - pattern[2]的匹配值
即 3 - 1 = 2
继续后移两位:
BACBABABAABCBABABABCA xx| ABABABCA 复制代码
继续后移
"A".length - pattern[0]的匹配值
即 1 - 0 = 1
后移一位:
BACBABABAABCBABABABCA x|| ABABABCA 复制代码
继续后移
"AB".length - pattern[1]的匹配值
即 2 - 0 = 2
后移两位:
BACBABABAABCBABABABCA xx| ABABABCA 复制代码
第一位都不匹配,我们继续往后移动直到匹配成功
BACBABABAABCBABABABCA |||||||| ABABABCA 复制代码
移动几次之后(step=1),找到了最终匹配结果。
参考: jakeboxer.com/blog/2009/1…