字符串查找算法总结（暴力匹配、KMP 算法、Boyer-Moore 算法和 Sunday 算法）

字符串匹配是字符串的一种基本操作：给定一个长度为 M 的文本和一个长度为 N 的模式串，在文本中找到一个和该模式相符的子字符串，并返回该字字符串在文本中的位置。

KMP 算法，全称是 Knuth-Morris-Pratt 算法，以三个发明者命名，开头的那个K就是著名科学家 Donald Knuth 。KMP 算法的关键是求 next 数组。next 数组的长度为模式串的长度。next 数组中每个值代表模式串中当前字符前面的字符串中，有多大长度的相同前缀后缀。

Boyer-Moore 算法在实际应用中比 KMP 算法效率高，据说各种文本编辑器的"查找"功能（Ctrl+F），包括 linux 里的 grep 命令，都是采用 Boyer-Moore 算法。该算法有“坏字符”和“好后缀”两个概念。主要特点是字符串从后往前匹配。

Sunday 算法跟 KMP 算法一样，是从前往后匹配。在匹配失败时，关注文本串中参加匹配的最末位字符的下一位字符，如果该字符不在模式串中，则整个模式串移动到该字符之后。如果该字符在模式串中，将模式串右移使对应的字符对齐。

关于这几种算法的详细介绍，可参考该博客。

下面分别给出暴力匹配、KMP 算法、Boyer-Moore 算法和 Sunday 算法的 Java 实现。

暴力匹配：

public static int forceSearch(String txt, String pat) {
    int M = txt.length();
    int N = pat.length();
    for (int i = 0; i <= M - N; i++) {
        int j;
        for (j = 0; j < N; j++) {
            if (txt.charAt(i + j) != pat.charAt(j))
                break;
        }
        if (j == N)
            return i;
    }
    return -1;
}

KMP 算法：

public class KMP {
    public static int KMPSearch(String txt, String pat, int[] next) {
        int M = txt.length();
        int N = pat.length();
        int i = 0;
        int j = 0;
        while (i < M && j < N) {
            if (j == -1 || txt.charAt(i) == pat.charAt(j)) {
                i++;
                j++;
            } else {
                j = next[j];
            }
        }
        if (j == N)
            return i - j;
        else
            return -1;
    }

    public static void getNext(String pat, int[] next) {
        int N = pat.length();
        next[0] = -1;
        int k = -1;
        int j = 0;
        while (j < N - 1) {
            if (k == -1 || pat.charAt(j) == pat.charAt(k)) {
                ++k;
                ++j;
                next[j] = k;
            } else
                k = next[k];
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        String txt = "BBC ABCDAB CDABABCDABCDABDE";
        String pat = "ABCDABD";
        int[] next = new int[pat.length()];
        getNext(pat, next);
        System.out.println(KMPSearch(txt, pat, next));
    }
}

Boyer-Moore 算法

public class BoyerMoore {
    public static void getRight(String pat, int[] right) {
        for (int i = 0; i < 256; i++){
            right[i] = -1;
        }
        for (int i = 0; i < pat.length(); i++) {
            right[pat.charAt(i)] = i;
        }
    }

    public static int BoyerMooreSearch(String txt, String pat, int[] right) {
        int M = txt.length();
        int N = pat.length();
        int skip;
        for (int i = 0; i <= M - N; i += skip) {
            skip = 0;
            for (int j = N - 1; j >= 0; j--) {
                if (pat.charAt(j) != txt.charAt(i + j)) {
                    skip = j - right[txt.charAt(i + j)];
                    if (skip < 1){
                        skip = 1;
                    }
                    break;
                }
            }
            if (skip == 0)
                return i;
        }
        return -1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        String txt = "BBC ABCDAB AACDABABCDABCDABDE";
        String pat = "ABCDABD";
        int[] right = new int[256];
        getRight(pat,right);
        System.out.println(BoyerMooreSearch(txt, pat, right));
    }
}

Sunday算法

public class Sunday {
    public static int getIndex(String pat, Character c) {
        for (int i = pat.length() - 1; i >= 0; i--) {
            if (pat.charAt(i) == c)
                return i;
        }
        return -1;
    }

    public static int SundaySearch(String txt, String pat) {
        int M = txt.length();
        int N = pat.length();
        int i, j;
        int skip = -1;
        for (i = 0; i <= M - N; i += skip) {
            for (j = 0; j < N; j++) {
                if (txt.charAt(i + j) != pat.charAt(j)){
                    if (i == M - N)
                        break;
                    skip = N - getIndex(pat, txt.charAt(i + N));
                    break;
                }
            }
            if (j == N)
                return i;
        }
        return -1;
    }
    public static void main(String[] args) {
        String txt = "BBC ABCDAB AACDABABCDABCDABD";
        String pat = "ABCDABD";
        System.out.println(SundaySearch(txt, pat));
    }
}