串(字符串)

串是由零个或多个字符组成的有限序列,又名叫字符串;零个字符的串称为空串(null string,也用Φ表示),只包含空格的串称为空格串,串中的子序列称作子串
串的比较:以ASCII码为字符集;比较对应位置的值和长短

存储结构

顺序存储结构:用普通方式实现会产生很多问题,因此要做变化:串值的存储空间可在程序执行过程中动态分配而得
链式存储结构:一个结点可以存放一个或多个字符,若末尾结点未满则用"#"或其他非串值字符补全

  • 串的链式存储在连接串与串操作时有一定方便,但总的来说不如顺序存储灵活,性能也没它好

朴素的模式匹配算法

子串的定位操作通常称作串的模式匹配
思路:对主串的每一个字符作为子串开头,与要求匹配的字符串进行匹配,对主串做大循环(循环回溯主串下标),每个主串字符开头做子串长度的小循环,直到循环结束
时间复杂度:

  • 最好:O(1)
  • 平均:O(n+m)
  • 最坏:O((n-m+1)*m)

KMP模式匹配算法

朴素的模式匹配算法很低效,所以有了一个模式匹配算法可以避免重复遍历的情况,我们把他称为克努特—莫里斯—普拉特算法,简称KMP算法

  1. 原理:不让没必要的回溯发生,检查子串的结构中是否有重复,若重复可以省略一部分不必要的判断步骤;根据前后缀相似度来决定匹配操作
  2. 把子串各位置的j值(即下标)的变化定义为一个数组next,数组的长度就是子串的长度,由此可得:
  next[j] = 0,当j=1时
          = Max{ k| 1<k<j,且'P1···Pk-1'='Pj-k+1···Pj-1' } 当此集合不空时  # 此行P后面的数字及kj都是下标
          = 1,其他情况

  推导:T(子串)='abcabx'
       当j=1时,next[1]=0;
       当j=2时,j由1到j-1只有字符'a', next[2]=1; # 属于其他情况
       当j=3时,'ab', next[3]=1;
       当j=4时,'abc', next[4]=1;
       当j=5时,'abca', 可推算出k为2(P1=P4), 因此next[5]=2;
       当j=6时,'abcabx', next[6]=3;
       结果即next[j] = 011123

如果前后缀一个字符相等, k值是2, 两个字符k值是3, 前后缀n个字符相等k值就是n+1

  1. 思路:得到子串的next数组;限定条件使下标在长度范围内进行循环;比较子串(下标j)和主串(下标i)字符,相等就继续(且满足j=0),否则j退回合适的位置(i是不变的);最后返回位置或0(即不存在)
  2. 与朴素匹配算法比较:去掉了i值回溯的部分;使得子串循环部分的大O由O(m)变为O(n)(m为子串长,n为主串长),因此整个算法的时间复杂度为O(n+m),但KMP与朴素匹配差异并不明显,除非是模式与主串之间存在许多"部分匹配"时
  3. KMP算法的改进(数组nextval):计算出next值的同时,如果a位字符与它next值指向的b位字符相等,则该a位的nextval就指向b位的nextval值,如果不等,则该a位的nextval值就是它自己a位的next的值
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