LeetCode-28.实现strStr()之追逐与逃逸

2024-01-13 00:51:24

金三银四，一年一度的跳槽季又到了，刷题的重要性自然不必多言。与其说是刷题拿offer，不如说是为自己在技术行业沉淀知识厚度和技术深度，不断夯实自己技术地基的好时机。

文字与程序殊途同归

今天我们不妨将目光投向字符串处理上，一道经典的题目便是LeetCode-28.实现strStr()。这道题的关键是如何在给定的haystack字符串中，找到目标字符串needle第一次出现的位置。解决这道题，如同在进行一场追逐与逃逸的游戏，既需要追击者发挥主动性，也需要被追击者表现得"狡猾"。

正序匹配，层层递进

追击者自然是由我们来扮演的。假设haystack字符串中有n个字符，needle字符串中有m个字符，则理论上我们需要进行n-m+1次匹配尝试。而每次尝试，我们都需要比较needle中的所有字符，这又涉及到m次字符比较。粗略计算一下，这样的时间复杂度达到O(n*m)。

当然，现实远比理论要复杂。正序匹配的过程，可以理解为两条指针的同步推进，一条指向haystack字符串，另一条指向needle字符串。在每一步匹配中，只有两条指针指向的字符相同时，才继续向后匹配；反之，则重新对齐needle字符串，继续匹配。这一过程中，我们将依次获得两个字符相等的连续序列，直至序列的长度等于m，此时needle字符串在haystack字符串中的起始位置便确定了。

KMP算法，巧夺先机

虽然正序匹配的过程比较简单，但效率并不高。为了缩短匹配时间，便有了KMP算法的出现。这一算法的核心思想在于：在正序匹配过程中，若当前字符比较失败，则不需要重新对齐needle字符串，而是根据当前的失配信息，直接跳到needle字符串中下一个可能匹配的位置上。

这种巧夺先机的策略，不仅提高了匹配效率，同时也简化了匹配逻辑。在KMP算法中，失配信息被存储在一个名为next数组中，该数组的长度为m+1，其中next[i]的值表示，当needle字符串中第i个字符与haystack字符串中当前匹配的字符不匹配时，needle字符串中下一个可能匹配的字符是第next[i]个字符。

实践出真知，动手小试牛刀

理论讲起来固然容易，下面我们用一段代码来实战一下KMP算法。

public int strStr(String haystack, String needle) {
    if (needle.isEmpty()) {
        return 0;
    }
    int[] next = getNextArray(needle);
    int i = 0, j = 0;
    while (i < haystack.length() && j < needle.length()) {
        if (haystack.charAt(i) == needle.charAt(j)) {
            i++;
            j++;
        } else if (j > 0) {
            j = next[j];
        } else {
            i++;
        }
    }
    return j == needle.length() ? i - j : -1;
}

public int[] getNextArray(String needle) {
    int[] next = new int[needle.length() + 1];
    next[0] = -1;
    int i = 0, j = -1;
    while (i < needle.length()) {
        if (j == -1 || needle.charAt(i) == needle.charAt(j)) {
            i++;
            j++;
            next[i] = j;
        } else {
            j = next[j];
        }
    }
    return next;
}