KMP算法详解与实现
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更新于2024-09-11
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"KMP字符串匹配算法的C++实现及解释"
KMP(Knuth-Morris-Pratt)算法是一种高效的字符串匹配算法,由Donald Knuth、James H. Morris和 Vaughan Pratt共同提出。该算法避免了在匹配过程中不必要的字符比较,从而提高了效率。在给定的代码中,KMP算法被实现为一个C++程序,用于演示如何在两个字符串中寻找子串。
首先,我们定义了一个`String`结构体,用于存储字符串及其长度。结构体包含一个最多能存储30个字符的`str`数组和一个表示字符串长度的`length`变量。
接着,`GetNextArray`函数计算KMP算法所需的“next”数组。这个数组记录了字符串中每个字符之前最长的公共前后缀的长度。例如,对于字符串"abcab",next数组将是{-1, 0, 1, 0, 1}。在这里,-1表示前缀为空,而1表示"b"是"ab"的最长公共前后缀。
在`GetNextArray`函数内部,通过一个双指针`i`和`j`遍历字符串。如果当前字符`str[i]`与`str[j]`相等且`j`不等于-1(意味着不是第一个字符),则将`i`和`j`都向前移动一位,并更新`next[i]`为`j`。如果字符不匹配,`j`将回溯到`next[j]`所表示的位置,尝试找到一个新的匹配起点。
核心的`KMP`函数接收两个`String`类型的参数`S`和`T`,以及一个`pos`表示在`S`中开始匹配的位置。它首先检查输入是否有效,然后打印待匹配的字符串。接下来,`KMP`函数利用`next`数组进行匹配过程。当匹配成功时,返回匹配的起始位置;若未找到匹配,则返回-1。
在实际的匹配过程中,`KMP`函数使用一个名为`match`的变量跟踪当前匹配的长度。当遇到不匹配的字符时,它会根据`next`数组的值调整`pos`,而不是简单地回退一个字符,从而避免了重复的比较。
KMP算法通过预处理得到的`next`数组,有效地减少了不必要的字符比较,提高了字符串匹配的效率。在给定的代码中,这个算法被封装在易于理解的C++函数中,方便在其他项目中复用。
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