KMP算法的Java实现例子以及测试分析

2019-11-17 04:17:45

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供稿：网友

背景简介：KMP算法用来处理字符串匹配的。给你A,B两个字符串，检查B串是否是A串的子串，类似于java的String.indexOf("")。之所以叫做KMP，是因为这个算法是由Knuth、Morris、PRatt三个提出来的，取了这三个人的名字的头一个字母。

原理介绍：找到匹配失败时的最合适的回退位置，而不是简单的回退到子串的第一个字符（常规的枚举查找方式，是简单的回退到子串的第一个字符，接下来准备写一篇KMP算法的性能分析Java实现实例），即可提高查找的效率。因此为了找到这个合适的位置，先对子串预处理，从而得到一个回退位置的数组。过多的理论就不介绍了。

总体而言比较简单，KMP算一个经典的算法例子，很多笔试、面试也会问起。现总结一下，放在这里供大家参考、交流，希望对大家有所帮助，下面直接给出实现例子，测试与分析也包含其中。

一、一个文件源代码

KMP.java

源代码为：

package algorithm.kmp;

/**
* KMP算法的Java实现例子与测试、分析
* @author 崔卫兵
* @date 2009-3-25
*/
public class KMP {
/**
* 对子串加以预处理，从而找到匹配失败时子串回退的位置
* 找到匹配失败时的最合适的回退位置，而不是回退到子串的第一个字符，即可提高查找的效率
* 因此为了找到这个合适的位置，先对子串预处理，从而得到一个回退位置的数组
* @param B，待查找子串的char数组
* @return
*/
public static int[] preProcess(char [] B) {
int size = B.length;
int[] P = new int[size];
P[0]=0;
int j=0;
//每循环一次，就会找到一个回退位置
for(int i=1;i<size;i++){
   //当找到第一个匹配的字符时，即j>0时才会执行这个循环
   //或者说p2中的j++会在p1之前执行（限于第一次执行的条件下）
   //p1
   while(j>0 && B[j]!=B[i]){
    j=P[j];
   }
   //p2，由此可以看出，只有当子串中含有重复字符时，回退的位置才会被优化
   if(B[j]==B[i]){
    j++;
   }
   //找到一个回退位置j，把其放入P[i]中
   P[i]=j;
}
return P;
}

/**
* KMP实现
* @param parStr
* @param subStr
* @return
*/
public static void kmp(String parStr, String subStr) {
int subSize = subStr.length();
int parSize = parStr.length();
char[] B = subStr.toCharArray();
char[] A = parStr.toCharArray();
int[] P = preProcess(B);
int j=0;
int k =0;
for(int i=0;i<parSize;i++){
   //当找到第一个匹配的字符时，即j>0时才会执行这个循环
   //或者说p2中的j++会在p1之前执行（限于第一次执行的条件下）
   //p1
   while(j>0 && B[j]!=A[i]){
    //找到合适的回退位置
    j=P[j-1];
   }
   //p2 找到一个匹配的字符
   if(B[j]==A[i]){
    j++;
   }
   //输出匹配结果，并且让比较继续下去
   if(j==subSize){
    j=P[j-1];
    k++;
    System.out.printf("Find subString '%s' at %d/n",subStr,i-subSize+1);
   }
}
System.out.printf("Totally found %d times for '%s'./n/n",k,subStr);
}

public static void main(String[] args) {
//回退位置数组为P[0, 0, 0, 0, 0, 0]
kmp("abcdeg, abcdeh, abcdef!这个会匹配1次","abcdef");
//回退位置数组为P[0, 0, 1, 2, 3, 4]
kmp("Test ititi ititit! Test ititit!这个会匹配2次","ititit");
//回退位置数组为P[0, 0, 0]
kmp("测试汉字的匹配，崔卫兵。这个会匹配1次","崔卫兵");
//回退位置数组为P[0, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
kmp("这个会匹配0次","it1it1it1");
}
}