kmp简单实现

1、应用场景-字符串匹配问题

1)有一个字符串 str1= ““硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好””，和一个子串 str2=“尚硅谷你尚硅你”
2)现在要判断 str1 是否含有 str2, 如果存在，就返回第一次出现的位置, 如果没有，则返回-1

2、暴力匹配算法

如果用暴力匹配的思路，并假设现在 str1 匹配到 i 位置，子串 str2 匹配到 j 位置，则有:

1)如果当前字符匹配成功（即 str1[i] == str2[j]），则 i++，j++，继续匹配下一个字符
2)如果失配（即 str1[i]! = str2[j]），令 i = i - (j - 1)，j = 0。相当于每次匹配失败时，i 回溯，j 被置为 0。
3)用暴力方法解决的话就会有大量的回溯，每次只移动一位，若是不匹配，移动到下一位接着判断，浪费了大量的时间。(不可行!)

3.代码

public class ViolenceMatch {
    public static void main(String[] args) {
        //测试暴力匹配算法
        String str1 = "你好哈哈你好你好哈哈哈哈哈哈哈哈哈";
        String str2 = "你好你好哈哈哈哈哈哈";
        int i = violenceMatch(str1, str2);
        //结束为i+str2.length
        System.out.println("索引为:" + i);
    }
 
    public static int violenceMatch(String str1, String str2) {
        char[] s1 = str1.toCharArray();
        char[] s2 = str2.toCharArray();
        int s1length = s1.length;
        int s2length = s2.length;
        int i = 0; //i索引指向是
        int j = 0; //j索引指向s2
        while (i < s1length && j < s2length) { //保证匹配时,不越界
            if (s1[i] == s2[j]) {  //匹配相等
                i++;
                j++;
            } else { //没有匹配成功
                // 如果不失配（即S1[i]! = s2[j]），令i = i - (j - 1)，j = 0。相当于每次匹配失败时，i 回溯，j 被置为0
                i = i - j + 1;
                j = 0;
            }
        }
        if (j == s2length) {
            return i - j;
        } else {
            return -1;
        }
    }
}

2.KMP 算法介绍

1)KMP 是一个解决模式串在文本串是否出现过，如果出现过，最早出现的位置 的经典算法
2)Knuth-Morris-Pratt 字符串查找算法，简称为 “KMP 算法”，常用于在一个文本串 S 内查找一个模式串 P 的出现位置，这个算法由 Donald Knuth、Vaughan Pratt、James H. Morris 三人于 1977 年联合发表，故取这 3 人的姓氏命名此算法.
3)KMP 方法算法就利用之前判断过信息，通过一个 next 数组，保存模式串中前后最长公共子序列的长度，每次回溯时，通过 next 数组找到，前面匹配过的位置，省去了大量的计算时间
4)参考资料：https://www.cnblogs.com/ZuoAndFutureGirl/p/9028287.html
4、KMP 算法最佳应用-字符串匹配问题
字符串匹配问题：：
1)有一个字符串 str1= “BBC ABCDAB ABCDABCDABDE”，和一个子串 str2=“ABCDABD”
2)现在要判断 str1 是否含有 str2, 如果存在，就返回第一次出现的位置, 如果没有，则返回-1
3)要求：使用 KMP 算法完成判断，不能使用简单的暴力匹配算法.

2.代码

public class kmpMatch {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
        String str2 = "ABCDABD";
        int[] ints = kmpNext(str2);
        System.out.println("前缀后缀相等:" + Arrays.toString(ints));
        int i = kmpSearch(str1, str2, ints);
        System.out.println("索引为:" + i);
    }
//写出我们的kmp搜索算法
 
    /**
     * @param str1 源字符串
     * @param str2 子串
     * @param next 部分匹配表, 是子串对应的部分匹配表
     * @return 如果是-1就是没有匹配到，否则返回第一个匹配的位置
     */
    public static int kmpSearch(String str1, String str2, int[] next) {
 
        //遍历
        for (int i = 0, j = 0; i < str1.length(); i++) {
            //需要处理 str1.charAt(i) ！= str2.charAt(j), 去调整j的大小
            //KMP算法核心点, 可以验证...
            while (j > 0 && str1.charAt(i) != str2.charAt(j)) {
                j = next[j - 1];
            }
 
            if (str1.charAt(i) == str2.charAt(j)) {
                j++;
            }
            if (j == str2.length()) {//找到了 // j = 3 i
                return i - j + 1;
            }
        }
        return -1;
    }
 
    //获取到一个字符串(子串) 的 部分匹配值表
    public static int[] kmpNext(String dest) {
        //创建一个next 数组保存部分匹配值
        int[] next = new int[dest.length()];
        next[0] = 0; //如果字符串是长度为1 部分匹配值就是0
        for (int i = 1, j = 0; i < dest.length(); i++) {
            //当dest.charAt(i) != dest.charAt(j) ，我们需要从next[j-1]获取新的j
            //直到我们发现 有  dest.charAt(i) == dest.charAt(j)成立才退出
            //这时kmp算法的核心点
            while (j > 0 && dest.charAt(i) != dest.charAt(j)) {
                j = next[j - 1];
            }
            //当dest.charAt(i) == dest.charAt(j) 满足时，部分匹配值就是+1
            if (dest.charAt(i) == dest.charAt(j)) {
                j++;
            }
            next[i] = j;
        }
        return next;
    }
}