暴力匹配算法和KMP算法解决字符串匹配问题

要解决的问题?

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一、暴力匹配算法

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一个图例介绍KMP算法

String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
String str2 = "ABCDABD";

    1. S[0]为B,P[0]为A,不匹配,执行第②条指令:“如果失配(即S[i]! = P[j]),令i = i - (j - 1),j = 0”,S[1]跟P[0]匹配,相当于模式串要往右移动一位(i=1,j=0)

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  2. S[1]跟P[0]还是不匹配,继续执行第②条指令:“如果失配(即S[i]! = P[j]),令i = i - (j - 1),j = 0”,S[2]跟P[0]匹配(i=2,j=0),从而模式串不断的向右移动一位(不断的执行“令i = i - (j - 1),j = 0”,i从2变到4,j一直为0) 

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 3. 直到S[4]跟P[0]匹配成功(i=4,j=0),此时按照上面的暴力匹配算法的思路,转而执行第①条指令:“如果当前字符匹配成功(即S[i] == P[j]),则i++,j++”,可得S[i]为S[5],P[j]为P[1],即接下来S[5]跟P[1]匹配(i=5,j=1)

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  4. S[5]跟P[1]匹配成功,继续执行第①条指令:“如果当前字符匹配成功(即S[i] == P[j]),则i++,j++”,得到S[6]跟P[2]匹配(i=6,j=2),如此进行下去

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 5. 直到S[10]为空格字符,P[6]为字符D(i=10,j=6),因为不匹配,重新执行第②条指令:“如果失配(即S[i]! = P[j]),令i = i - (j - 1),j = 0”,相当于S[5]跟P[0]匹配(i=5,j=0) 

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  6. 至此,我们可以看到,如果按照暴力匹配算法的思路,尽管之前文本串和模式串已经分别匹配到了S[9]、P[5],但因为S[10]跟P[6]不匹配,所以文本串回溯到S[5],模式串回溯到P[0],从而让S[5]跟P[0]匹配。 

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    而S[5]肯定跟P[0]失配。为什么呢?因为在之前第4步匹配中,我们已经得知S[5] = P[1] = B,而P[0] = A,即P[1] != P[0],故S[5]必定不等于P[0],所以回溯过去必然会导致失配。那有没有一种算法,让i 不往回退,只需要移动j 即可呢?

    答案是肯定的。这种算法就是KMP算法,它利用之前已经部分匹配这个有效信息,保持i 不回溯,通过修改j 的位置,让模式串尽量地移动到有效的位置。

public class ViolenceMatch {
	public static void main(String[] args) {
		String str1 = "硅硅谷 尚硅谷你尚硅 尚硅谷你尚硅谷你尚硅你好";
		String str2 = "尚硅谷你尚硅你";
		int index = violenceMatch(str1, str2);
		System.out.println("index=" + index);
	}
	/**
	 * 暴力匹配算法
	 */
	public static int violenceMatch(String str1, String str2) {
		char[] s1 = str1.toCharArray();
		char[] s2 = str2.toCharArray();

		int s1Len = s1.length;
		int s2Len = s2.length;

		int i = 0;// i索引指向s1
		int j = 0;// j索引指向s2
		while (i < s1Len && j < s2Len) {// 保证匹配时,不越界
			if (s1[i] == s2[j]) {// 匹配ok
				i++;
				j++;
			} else {// 没有匹配成功
					// 如果不匹配(即str1[i] != str2[j],令i = i - (j - 1),j = 0)
				i = i - (j - 1);
				j = 0;
			}
		}
		// 判断是否匹配成功
		if (j == s2Len) {
			return i - j;
		} else {
			return -1;
		}
	}
}

 暴力匹配算法的缺点:大量数据使用暴力匹配效率很低

二、KMP算法

关于KMP算法的学习,参考了这篇文章,此博主写的特别详细,大佬!

很详尽KMP算法(厉害) - ZzUuOo666 - 博客园

算法介绍

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KMP的主要思想是:1. 先得到子串的部分匹配表 2.使用部分匹配表完成KMP匹配 

一个图例介绍KMP算法 

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 代码实现

public class KMPAlgorithm {
	public static void main(String[] args) {
		String str1 = "BBC ABCDAB ABCDABCDABDE";
		String str2 = "ABCDABD";

		int[] next = kmpNext("ABCDABD");
		System.out.println("next=" + Arrays.toString(next));

		int index = kmpSearch(str1, str2, next);
		System.out.println("index=" + index);
	}

	/**
	 * kmp搜索算法
	 * 
	 * @param str1 原字符串
	 * @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
			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
				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),需要从next[j - 1]获取新的j
			// 直到发现有dest.charAt(i) == dest.charAt(j)成立才退出
			// 这是kmp算法核心点
			while (j > 0 && dest.charAt(i) != dest.charAt(j)) {
				j = next[j - 1];
			}
			if (dest.charAt(i) == dest.charAt(j)) {
				j++;
			}
			next[i] = j;
		}
		return next;
	}
}

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