KMP算法是一种改进的字符串匹配算法。KMP算法的关键是利用匹配失败后的信息,尽量减少模式串与主串的匹配次数以达到快速匹配的目的。具体实现就是实现一个next()函数,函数本身包含了模式串的局部匹配信息。
下面从一个例子来了解KMP算法:字符串"BBC ABCDAB ABCDABCDABDE",我想知道,里面是否包含另一个字符串"ABCDABD"?
下面是图解:
1、首先,字符串"BBC ABCDAB ABCDABCDABDE"的第一个字符与搜索词"ABCDABD"的第一个字符,进行比较。因为B与A不匹配,所以搜索词后移一位。
2、因为B与A不匹配,搜索词再往后移。
3、就这样,直到字符串有一个字符,与搜索词的第一个字符相同为止。
4、接着比较字符串和搜索词的下一个字符,还是相同。
5、直到字符串有一个字符,与搜索词对应的字符不相同为止。
6、这时,最自然的反应是,将搜索词整个后移一位,再从头逐个比较。这样做虽然可行,但是效率很差,因为你要把"搜索位置"移到已经比较过的位置,重比一遍。
7、一个基本事实是,当空格与D不匹配时,你其实知道前面六个字符是"ABCDAB"。KMP算法的想法是,设法利用这个已知信息,不要把"搜索位置"移回已经比较过的位置,继续把它向后移,这样就提高了效率。
8、怎么做到这一点呢?可以针对搜索词,算出一张《部分匹配表》(Partial Match Table)。这张表是如何产生的,后面再介绍,这里只要会用就可以了。
9、已知空格与D不匹配时,前面六个字符"ABCDAB"是匹配的。查表可知,最后一个匹配字符B对应的"部分匹配值"为2,因此按照下面的公式算出向后移动的位数:
移动位数 = 已匹配的字符数 - 对应的部分匹配值
因为 6 - 2 等于4,所以将搜索词向后移动4位。
10、因为空格与C不匹配,搜索词还要继续往后移。这时,已匹配的字符数为2("AB"),对应的"部分匹配值"为0。所以,移动位数 = 2 - 0,结果为 2,于是将搜索词向后移2位。
11、因为空格与A不匹配,继续后移一位。
12、逐位比较,直到发现C与D不匹配。于是,移动位数 = 6 - 2,继续将搜索词向后移动4位。
13、逐位比较,直到搜索词的最后一位,发现完全匹配,于是搜索完成。如果还要继续搜索(即找出全部匹配),移动位数 = 7 - 0,再将搜索词向后移动7位,这里就不再重复了。
14、
下面介绍《部分匹配表》是如何产生的。
首先,要了解两个概念:"前缀"和"后缀"。 "前缀"指除了最后一个字符以外,一个字符串的全部头部组合;"后缀"指除了第一个字符以外,一个字符串的全部尾部组合。
15、"部分匹配值"就是"前缀"和"后缀"的最长的共有元素的长度。以"ABCDABD"为例,
- "A"的前缀和后缀都为空集,共有元素的长度为0;
- "AB"的前缀为[A],后缀为[B],共有元素的长度为0;
- "ABC"的前缀为[A, AB],后缀为[BC, C],共有元素的长度0;
- "ABCD"的前缀为[A, AB, ABC],后缀为[BCD, CD, D],共有元素的长度为0;
- "ABCDA"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD],后缀为[BCDA, CDA, DA, A],共有元素为"A",长度为1;
- "ABCDAB"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA],后缀为[BCDAB, CDAB, DAB, AB, B],共有元素为"AB",长度为2;
- "ABCDABD"的前缀为[A, AB, ABC, ABCD, ABCDA, ABCDAB],后缀为[BCDABD, CDABD, DABD, ABD, BD, D],共有元素的长度为0。
16、"部分匹配"的实质是,有时候,字符串头部和尾部会有重复。比如,"ABCDAB"之中有两个"AB",那么它的"部分匹配值"就是2("AB"的长度)。搜索词移动的时候,第一个"AB"向后移动4位(字符串长度-部分匹配值),就可以来到第二个"AB"的位置。
上面的图解是转载网上的,自己弄太麻烦,相信看到这里,大家应该也都明白了KMP算法的实现原理。下面就是我的C#代码实现:
1 using UnityEngine;
2 using System.Collections;
3
4 public class KMP
5 {
6 /// <summary>
7 ///获取部分匹配表
8 /// </summary>
9 /// <param name="_str"></param>
10 /// <returns></returns>
11 private static int[] GetNext(string _str)
12 {
13 char[] _chars = _str.ToCharArray();
14 int[] _next = new int[_chars.Length];
15 _next[0] = 0;
16 int _index = 0;
17 for (int i = 1; i < _chars.Length; i++)
18 {
19 while (_index > 0 && _chars[i] != _chars[_index])
20 {
21 _index = _next[_index - 1];
22 }
23 if (_chars[i] == _chars[_index])
24 {
25 _index++;
26 }
27 _next[i] = _index;
28 }
29 return _next;
30 }
31
32 /// <summary>
33 /// 判断 _mainStr 字符串是否包含 _modeStr 字符串
34 /// </summary>
35 /// <param name="_mainStr">主字符串</param>
36 /// <param name="_modeStr">模板字符串</param>
37 /// <returns></returns>
38 public static bool ContainString(string _mainStr, string _modeStr)
39 {
40 int[] _next = GetNext(_modeStr);
41 char[] _mainChars = _mainStr.ToCharArray();
42 char[] _modeChars = _modeStr.ToCharArray();
43 int _index = 0;
44 for (int i = 0; i < _mainChars.Length; i++)
45 {
46 while (_index > 0 && _modeChars[_index] != _mainStr[i])
47 {
48 _index = _next[_index - 1];
49 }
50 if (_modeChars[_index] == _mainStr[i])
51 {
52 _index++;
53 }
54 if (_index == _modeChars.Length)
55 {
56 i = i - _modeChars.Length + 1;
57 return true;
58 }
59 }
60 return false;
61 }
62 }
代码看不懂的可以自己通过断点理一下。
KMP还有一个优化后的版本,还有待研究。待续。。。