秒速定位字符串，KMP算法开挂搜索

闲谈

2023-05-19 23:31:45

KMP 算法：字符串搜索的神兵利器

在现代编程中，字符串无所不在，从文本处理到数据分析。处理字符串时，搜索是必不可少的。而 KMP 算法以其高效和可靠，成为字符串搜索中的佼佼者。

什么是 KMP 算法？

KMP 算法（Knuth-Morris-Pratt 算法）是一种高效的字符串匹配算法。它巧妙利用子字符串的部分信息，避免重复比较。算法的核心是维护一个部分匹配表，记录了子字符串中每个字符失配后应跳转的位置。

KMP 算法的优势

线性时间复杂度： KMP 算法可在线性时间内搜索字符串，即搜索时间与字符串长度成正比。
高效率： KMP 算法通常比其他搜索算法快得多，尤其是在字符串较长时。
易于实现： KMP 算法实现简单，易于理解和编程。

KMP 算法的应用

KMP 算法广泛应用于各种领域，包括：

文本处理
生物信息学
数据挖掘

KMP 算法示例

假设我们要在主字符串 "ABC ABCDAB ABCDABCDABDE" 中搜索子字符串 "ABCDABD"。

def kmp_search(text, pattern):
    """
    KMP 算法搜索子字符串。

    参数：
        text: 主字符串。
        pattern: 子字符串。

    返回：
        子字符串在主字符串中出现的位置，如果没有找到则返回 -1。
    """

    # 创建部分匹配表。
    partial_match_table = create_partial_match_table(pattern)

    # 初始化匹配位置。
    match_position = 0

    # 遍历主字符串。
    for i in range(len(text)):
        # 如果当前字符匹配，则更新匹配位置。
        if text[i] == pattern[match_position]:
            match_position += 1

        # 如果匹配位置等于子字符串长度，则找到子字符串。
        if match_position == len(pattern):
            return i - len(pattern) + 1

        # 如果当前字符不匹配，则根据部分匹配表更新匹配位置。
        else:
            if match_position > 0:
                match_position = partial_match_table[match_position - 1]

    # 如果没有找到子字符串，则返回 -1。
    return -1


def create_partial_match_table(pattern):
    """
    创建部分匹配表。

    参数：
        pattern: 子字符串。

    返回：
        部分匹配表。
    """

    # 创建部分匹配表。
    partial_match_table = [0] * len(pattern)

    # 初始化匹配位置。
    match_position = 0

    # 遍历子字符串。
    for i in range(1, len(pattern)):
        # 如果当前字符匹配，则更新匹配位置。
        if pattern[i] == pattern[match_position]:
            match_position += 1
            partial_match_table[i] = match_position

        # 如果当前字符不匹配，则根据匹配位置更新匹配位置。
        else:
            while match_position > 0 and pattern[i] != pattern[match_position]:
                match_position = partial_match_table[match_position - 1]

            # 如果匹配位置为 0，则当前字符不匹配。
            if match_position == 0:
                partial_match_table[i] = 0
            # 否则，当前字符匹配。
            else:
                partial_match_table[i] = match_position + 1

    # 返回部分匹配表。
    return partial_match_table


# 使用 KMP 算法搜索子字符串。
result = kmp_search("ABC ABCDAB ABCDABCDABDE", "ABCDABD")

# 打印搜索结果。
print(result)