理解字符串匹配KMP算法的一些细节

阮一峰的这篇文章,字符串匹配的KMP算法,能够很好地帮助我们理解KMP的大致思路。如果需要从原理上更深入和全面的理解,比如在text processing问题中常用的自动机表示,可以参考UCI的一个Lecture Note

网上有各种实现,这里选取比较容易理解并且合乎逻辑的一则来讨论。

源自geeksforgeeks

# Python program for KMP Algorithm
def KMPSearch(pat, txt):
    M = len(pat)
    N = len(txt)
 
    # create lps[] that will hold the longest prefix suffix 
    # values for pattern
    lps = [0]*M
    j = 0 # index for pat[]
 
    # Preprocess the pattern (calculate lps[] array)
    computeLPSArray(pat, M, lps)
 
    i = 0 # index for txt[]
    while i < N:
        if pat[j] == txt[i]:
            i+=1
            j+=1
 
        if j==M:
            print "Found pattern at index " + str(i-j)
            j = lps[j-1]
 
        # mismatch after j matches
        elif i < N and pat[j] != txt[i]:
            # Do not match lps[0..lps[j-1]] characters,
            # they will match anyway
            if j != 0:
                j = lps[j-1]
            else:
                i+=1
 
def computeLPSArray(pat, M, lps):
    len = 0 # length of the previous longest prefix suffix
 
    lps[0] # lps[0] is always 0
    i = 1
 
    # the loop calculates lps[i] for i = 1 to M-1
    while i < M:
        if pat[i]==pat[len]:
            len+=1
            lps[i] = len
            i+=1
        else:
            if len!=0:
                # This is tricky. Consider the example AAACAAAA
                # and i = 7
                len = lps[len-1]
 
                # Also, note that we do not increment i here
            else:
                lps[i] = 0
                i+=1
 
txt = "ABABDABACDABABCABAB"
pat = "ABABCABAB"
KMPSearch(pat, txt)  

比较需要理解的,是j = lps[j-1]len = lps[len-1]这样两处。

首先第一个,j = lps[j-1]。当j==M,即找到匹配时,将pattern的cursor也就是j移动到lps[j-1]处。为什么不是lps[j]处呢,其实很容易理解,因为pattern和lps数组都是zero based,lps是longest proper prefix which is also suffix,那么从零开始,应当是要有-1存在的。同理,不匹配的情况中,j != 0时,j = lps[j-1]

第二个,computeLPSArray方法中的len = lps[len-1]。既然都不匹配了,那么该处的lps不是应该变成0吗?要注意的是,在这个方法中,pattern字符串(数组)的cursor是i,而不是len,并且,len = lps[len-1]之后,i并没有变化。在某些情况,比如AAACAA,当i==3的时候,的确该处的lps是0,但是len并不表示某处的lps,而是一个中间量,用于表示lps。这里,如果pat[i]==pat[len]或者len一直不满足,那么len = lps[len-1]将一直执行。因为lps[0]始终是0,所以循环肯定是会终止的。len = lps[len-1]在这里到底是什么含义呢?其实可以把len理解成一个对于前缀的cursor,让这个cursor往前(往index 0)移动,这样在下一次pat[i]==pat[len]的比较,前缀cursor回退了。

举例来说,在AAACAAAAA这个pattern中,当刚刚运行到i==7时,len==lps[6]==3,这个时候比较pat[3]字符C和pat[7]字符A,不相等。所以我们自然而然地想要减小前缀再比较。而这个过程,就是回退前缀的cursor,表达出来,也就是len=lps[len-1]

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 204,921评论 6 478
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 87,635评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 151,393评论 0 338
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,836评论 1 277
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,833评论 5 368
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,685评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,043评论 3 399
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,694评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 42,671评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,670评论 2 321
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,779评论 1 332
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,424评论 4 321
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,027评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,984评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,214评论 1 260
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,108评论 2 351
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,517评论 2 343

推荐阅读更多精彩内容