说明:
- KMP 字符串搜索算法是基于自动状态机的高效搜索算法
- 假如被搜索的字符串(长串)长度为 n, 要搜索的字符串(子串)长度为 m,则其空间复杂度为 O(m),时间复杂度为 O(n+m)
- 由于该算法是基于自动状态机的,对于字符串分布在不同位置的时的处理较简单(某些公司面试题不是要在不连续内存中搜索字符串嘛,可以用kmp算法简单实现哦,不用考虑字符串拼接啊,中间复杂状态处理之类的)
算法实现:
/**
* @file -
* @author jingqi
* @date 2012-10-18
* @last-edit 2012-11-13 21:36:50 jingqi
*/
#ifndef ___HEADFILE_A04A7FB7_1516_4EF0_A8B9_44C5AABBF7EC_
#define ___HEADFILE_A04A7FB7_1516_4EF0_A8B9_44C5AABBF7EC_
#include <assert.h>
#include <string>
namespace nut
{
/**
* 构建KMP自动状态机(特征码)
*
* @param target 长度为 len 的字符串,即要搜索的字符串子串
* @param next 长度为 len 的缓冲区,用于存放生成的KMP自动状态机(特征码)
*/
inline void kmp_build_next(const char *target, int *next, size_t len)
{
assert(NULL != target && NULL != next && len > 0);
if (len > 0)
next[0] = 0;
size_t i = 1;
int state = 0;
while (i < len)
{
if (target[i] == target[state])
next[i++] = ++state;
else if (0 == state)
next[i++] = 0;
else
state = next[state - 1];
}
}
/**
* 更新KMP状态
*
* @param c 输入的单个字符
* @param state 当前状态
* @param target 要搜索的字符串子串
* @param next KMP特征码
* @return 新的状态
*/
inline int kmp_update(char c, int state, const char *target, const int *next)
{
assert(state >= 0 && NULL != target && NULL != next);
while (true)
{
if (c == target[state])
return ++state;
else if (0 == state)
return 0;
else
state = next[state - 1];
}
}
/**
* KMP字符串搜索
*
* @param src 被搜索的字符串
* @param start 开始搜索的位置
* @param target 要搜索的字符串子串
* @param next KMP特征码(长度与target相同)
*/
inline int kmp_search(const char *src, size_t len_src, size_t start, const char *target, const int *next, size_t len_target)
{
assert(NULL != src && NULL != target && NULL != next);
size_t i = start;
int state = 0; // 状态,其实代表着已经匹配的字符串长度
while (i < len_src && ((size_t) state) < len_target)
state = kmp_update(src[i++], state, target, next);
if (state == (int)len_target)
return i - len_target;
return -1;
}
/**
* KMP字符串搜索
*
* 这里对于要搜索字符串的KMP特征码只做局部缓存,如果有特殊需求,例如被搜索的字符串不连续的存放在不同位置,
* 则可使用其他函数组合使用(参见本函数的实现)
*
* @param src 被搜索的字符串
* @param start 搜索开始的位置
* @param target 要搜索的字符串子串
*/
inline int kmp_search(const std::string& src, size_t start, const std::string& target)
{
int *next = new int[target.length()];
kmp_build_next(target.c_str(), next, target.length());
const int ret = kmp_search(src.c_str(), src.length(), start, target.c_str(), next, target.length());
delete[] next;
return ret;
}
}
#endif
算法的两种用法:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "kmp.hpp"
using namespace nut;
int main(int argc, const char *argv[])
{
// 方式1,源区域是连续的
const char *s1 = "abcdcdefgh", *s2 = "cde";
printf("%d\n", kmp_search(s1, 0, s2)); // 应该打印 4
// 方式2,源区域是不连续的
const char *p1 = "abcdc", *p2 = "defgh"; // p1, p2 是不连续的,怎么搜索到 "cde" ?
const int len = ::strlen(s2);
int *next = new int[len];
kmp_build_next(s2, next, len); // 创建 KMP 特征码
int i = 0, state = 0;
while (p1[i] != '\0' && state < len)
state = kmp_update(p1[i++], state, s2, next);
if (state == len) // 搜索成功
{
printf("%d\n", i - len);
return 0;
}
int processed = i;
i = 0;
while (p2[i] != '\0' && state < len)
state = kmp_update(p2[i++], state, s2, next);
if (state == len) // 搜索成功,下面打印的位置是相对于 p1,p2 连接起来后的位置,也就是应该打印 4
printf("%d\n", i + processed - len);
return 0;
}