字符串的模式匹配

字串的定位操作通常稱做模式匹配，是各種串處理系統(tǒng)中最重要的操作之一。本文主要介紹兩種常用的實現(xiàn)算法：

　　1、暴力匹配

　　2、KMP算法

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1.暴力匹配

　　時間復(fù)雜度為O(n*m)；n為主串長度，m為模式串長度

　　算法的基本思想：

　　　　　　從主串的起始位置（或指定位置）開始與模式串的第一個字符比較，若相等，則繼續(xù)逐個比較后續(xù)字符；否則從主串的下一個字符再重新和模式串的字符比較。依次類推，直到模式串成功匹配，返回主串中第一次出現(xiàn)模式串字符的位置，或者模式串匹配不成功，這里約定返回-1；

　

//偽代碼 int bruteForceStringMatch(String source, String pattern) {i = 0; j = 0;while(i < slen && j < plen){if(s[i] == p[j])++i; ++j;elsei = i - (j -1); //回溯上次匹配起始位置的后一位j = 0;}if(j == plen) return i - j; //匹配成功elsereturn -1; //匹配失敗 }

實現(xiàn)代碼：

1 public static int bruteForceStringMatch(String source, String pattern) 2 { 3 int slen = source.length(); 4 int plen = pattern.length(); 5 char[] s = source.toCharArray(); 6 char[] p = pattern.toCharArray(); 7 int i = 0; 8 int j = 0; 9 10 if(slen < plen) 11 return -1; //如果主串長度小于模式串，直接返回-1，匹配失敗 12 else 13 { 14 while(i < slen && j < plen) 15 { 16 if(s[i] == p[j]) //如果i,j位置上的字符匹配成功就繼續(xù)向后匹配 17 { 18 ++i; 19 ++j; 20 } 21 else 22 { 23 i = i - (j -1); //i回溯到主串上一次開始匹配下一個位置的地方 24 j = 0; //j重置，模式串從開始再次進(jìn)行匹配 25 } 26 } 27 if(j == plen) //匹配成功 28 return i - j; 29 else 30 return -1; //匹配失敗 31 } 32 } View Code

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2.KMP算法

　　KMP算法是D.E.Knuth、V.R.Pratt和J.H.Morris同時發(fā)現(xiàn)，所以命名為KMP算法。

　　此算法可以在O(n+m)的時間數(shù)量級上完成串的模式匹配。

　　主要就是改進(jìn)了暴力匹配中i回溯的操作，KMP算法中當(dāng)一趟匹配過程中出現(xiàn)字符比較不等時，不直接回溯i，而是利用已經(jīng)得到的“部分匹配”的結(jié)果將模式串向右移動（j-next[k]）的距離。稍后我們將詳細(xì)解釋next[k]的計算過程。

//偽代碼 int kmpStringMatch(String source, String pattern) {i = 0；j = 1;while(i < slen && j < plen){if(j == 0 || s[i] == p[j]) ++i; ++j;elsej = next[j]; }if(j == plen)return i - j;elsereturn -1; }

實現(xiàn)代碼：

1 public static int kmpStringMatch(String source, String pattern) 2 { 3 int i = 0; 4 int j = 0; 5 char[] s = source.toCharArray(); 6 char[] p = pattern.toCharArray(); 7 int slen = s.length; 8 int plen = p.length; 9 int[] next = getNext(p); 10 while(i < slen && j < plen) 11 { 12 if(j == -1 || s[i] == p[j]) 13 { 14 ++i; 15 ++j; 16 } 17 else 18 { 19 //如果j != -1且當(dāng)前字符匹配失敗，則令i不變， 20 //j = next[j],即讓pattern模式串右移j - next[j]個單位 21 j = next[j]; 22 } 23 } 24 if(j == plen) 25 return i - j; 26 else 27 return -1; 28 } View Code

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那么問題來了，next[k]是怎么計算出來的呢？

關(guān)于next[k]數(shù)組的計算引出的兩種辦法，一種是遞歸，一種對遞歸優(yōu)化，第一種對應(yīng)的就是KMP算法，第二種就是優(yōu)化的KMP算法。

next函數(shù)值僅取決于模式串本身而和主串無關(guān)。

有很多講next函數(shù)值計算辦法的資料，在此我想用一種直觀的比較容易理解的辦法來表達(dá)。

舉個栗子：現(xiàn)在有一個模式串a(chǎn)bab

? ? 模式串的各個字串　 ??	? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?前綴 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??	? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 后綴 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?	最大公共元素長度
a	null	null	0
ab	a	b	0
aba	a,ab	a,ba	1
abab	a,ab,aba	b,ab,bab	2

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next函數(shù)值的實現(xiàn)：

private static int[] getNext(char[] p){/*** 已知next[j] = k, 利用遞歸的思想求出next[j+1]的值* 1.如果p[j] = p[k]，則next[j+1] = next[k] + 1;* 2.如果p[j] != p[k],則令k = next[k],如果此時p[j] == p[k],則next[j+1] = k+1* 如果不相等，則繼續(xù)遞歸前綴索引，令k=next[k],繼續(xù)判斷，直至k=-1(即k=next[0])或者p[j]=p[k]為止*/int plen = p.length;int[] next = new int[plen];int k = -1;int j = 0;next[0] = -1; //這里采用-1做標(biāo)識while(j < plen -1){if(k == -1 || p[j] == p[k]){++k;++j;next[j] = k;}else{k = next[k];}}return next;} View Code

國際慣例貼上源代碼：

import java.util.Scanner;public class PatternString {public static int bruteForceStringMatch(String source, String pattern){int slen = source.length();int plen = pattern.length();char[] s = source.toCharArray();char[] p = pattern.toCharArray();int i = 0;int j = 0;if(slen < plen)return -1; //如果主串長度小于模式串，直接返回-1，匹配失敗else{while(i < slen && j < plen) {if(s[i] == p[j]) //如果i,j位置上的字符匹配成功就繼續(xù)向后匹配 {++i;++j;}else{i = i - (j -1); //i回溯到主串上一次開始匹配下一個位置的地方j = 0; //j重置，模式串從開始再次進(jìn)行匹配 }}if(j == plen) //匹配成功return i - j;elsereturn -1; //匹配失敗 }}public static int kmpStringMatch(String source, String pattern){int i = 0;int j = 0;char[] s = source.toCharArray();char[] p = pattern.toCharArray();int slen = s.length;int plen = p.length;int[] next = getNext(p);while(i < slen && j < plen){if(j == -1 || s[i] == p[j]){++i;++j;}else{//如果j != -1且當(dāng)前字符匹配失敗，則令i不變，//j = next[j],即讓pattern模式串右移j - next[j]個單位j = next[j];}}if(j == plen)return i - j;elsereturn -1;}private static int[] getNext(char[] p){/*** 已知next[j] = k, 利用遞歸的思想求出next[j+1]的值* 1.如果p[j] = p[k]，則next[j+1] = next[k] + 1;* 2.如果p[j] != p[k],則令k = next[k],如果此時p[j] == p[k],則next[j+1] = k+1* 如果不相等，則繼續(xù)遞歸前綴索引，令k=next[k],繼續(xù)判斷，直至k=-1(即k=next[0])或者p[j]=p[k]為止*/int plen = p.length;int[] next = new int[plen];int k = -1;int j = 0;next[0] = -1; //這里采用-1做標(biāo)識while(j < plen -1){if(k == -1 || p[j] == p[k]){++k;++j;next[j] = k;}else{k = next[k];}}System.out.println("next函數(shù)值：");for(int ii = 0;ii<next.length;ii++){System.out.print(next[ii]+ " ");}System.out.println();return next;}public static void main(String[] args) {Scanner sc = new Scanner(System.in);String a = sc.nextLine();String b = sc.nextLine();System.out.println(bruteForceStringMatch(a, b));System.out.println(kmpStringMatch(a, b));}} View Code

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/jiaohanhan/p/6654874.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的字符串的模式匹配（Java实现）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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