本期讲讲KMP算法,也就是江湖俗称的算法。
这个算法其实在面试中出现的概率还是蛮大的,不管是校招还是社招,甚至在考研中也遇到过,而且KMP算法也比较难理解,所以很有必要研究一下。
KMP要解决的问题
先说一下这个算法出现的背景,也就是解决什么问题。每个算法和框架都有它出现的原因和要解决的问题,很多时候你不会一个技术,并不是你笨,而是你没有找到它的使用场景或者是没搞明白它要解决的问题而已。所以,了解它要解决的问题,是学习的重中之重。
首先看一个例子:
这个问题其实可以使用暴力来破解,如下图:
从str[i]开始(i初始等于0),每次只要遇到了match和str不匹配的情况,str回退到str[i+1],再继续str[i+1]和match[0]依次对比,长此以往,直到match完全匹配出来或者str遍历完毕为止,这样做的时间复杂度是O(M*N),M是str的长度,N是match的长度。
那么有没有种方法可以不这么笨拙的解决字符串匹配的问题呢?
KMP算法就是解决match和str在匹配过程中不停的做回退的问题的。简单一句话,KMP算法是做字符串高效匹配的算法
KMP算法是如何做的
说KMP的解法之前,先看看一个聪明的人类是如何解决这个问题的:
这样做的原因是没必要一次性退回从match[0]和str[1]开始比较,因为可以看出来绿色框内的match[0,1,2]和str[3,4,5]是重合的,重合的这部分完全可以复用,没有必要再从match[0]和str[1]开始重复比较;
具体的过程可以模拟抽象成下图:
所以问题转化成了:
每次str[j]和match[j]不相同时,在match[0...j-1]这段字符串中,以match[j-1]结尾的后缀子串(不能包含match[0])和以match[0]开头的前缀子串(不能包含match[j-1])的最大匹配长度是多少?只要求出这个最大匹配长度,就能在str[j]和match[j]不相同时,知道把match滑动到什么位置了!
KMP算法的重点就是维护一个数组,保存match中每个字符在不匹配时,match应该滑动到什么位置,这个数组起名叫next。
如何构造next数组
那么如何构造next数组呢?
首先对于match[0]来说,它前面没有字符,所以next[0]规定为-1;对于match[1]来说,因为next数组规定计算的时候子串后缀不能包含第一个字符,所以next[1]=0;
说完特殊情况,再说说常规情况,比如现在假设match[i]是A字符,match[i-1]是B字符,可以通过next[i-1]得到B字符前的字符串最长前缀与后缀的匹配区域,现在假设L为最长前缀子串,K为最长后缀子串,C为最长前缀子串之后的一位字符,现在只需要比较C和B即可
- 如果字符B等于字符C,那么A字符之前的字符串的最长前缀与后缀匹配区域就可以确定了,最长匹配前缀子串为L+C,最长匹配后缀子串为K+B,next[i] = next[i-1]+1;
- 如果字符B不等于字符C,就看C字符之前的前缀后缀匹配问题。假设C的位置是match[cn],那么可以通过next[cn]得到字符C前的字符串的最长匹配前缀是M,最长匹配后缀是N,再假设M后面一位字符是D,又因为L=K,所以同等位置的p=N;接下来就是比较一下B和D是否相同,如果B=D,那么A字符之前的字符串最长匹配前缀子串是M+D,最长匹配后缀子串是P+B,如果不相同的话,照着之前说的思路继续往前跳,直到跳到match[0]
代码如下
/**
* @param {string} haystack
* @param {string} needle
* @return {number}
*/
var strStr = function(str, match) {
if(str === null || match === null || match.length > str.length)
return -1;
if(str === "")
return 0;
let index1 = 0;
let index2 = 0;
let nextArr = getNext(match);
console.log(nextArr);
while(index1 < str.length && index2 < match.length) {
if(str[index1] === match[index2]) {
index1++;
index2++;
} else if(nextArr[index2] === -1) {
index1++;
} else {
index2 = nextArr[index2];
}
}
return index2 === match.length ? index1 - index2 : -1;
};
var getNext = function(match) {
let next = [-1, 0];
let cn = 0;
let index = 2;
while(index < match.length) {
if(match[index-1] === match[cn]) {
cn++;
next[index] = cn;
index++;
}
else if(cn > 0) {
cn = next[cn];
}
else {
next[index] = 0;
index++;
}
}
return next;
}