BF算法,KMP算法

2024-08-20 17:28
文章标签 算法 kmp bf

本文主要是介绍BF算法,KMP算法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

前言:今天我们来学习两种算法,BF算法和KMP算法。相信会让许多小伙伴们打开新世界的大门。

1 BF算法

实践是检验真理的唯一标准。举一个例子说明BF算法。现在我们要在一个主串中找子串的位置。那我们该如何解决这个问题呢?最简单的办法自然是使用C语言中的库函数strstr。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{char str1[20] = "abbbcdef";char str2[20] = "bbc";char* ret = strstr(str1, str2);char* ps = strncpy(ret, "hello", 5);printf("%s\n", str1);return 0;
}

但现在我们不使用C语言中的库函数strstr,是否有办法可以解决呢?当然是有的。

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
char* BF(char* str1, char* str2)
{assert(str1 != NULL && str2 != NULL);char* s1 = str1;//遍历主串char* s2 = str2;//遍历子串char* cur = str1;//记录可能开始匹配的位置while (*cur){//完成一次匹配s1 = cur;s2 = str2;while (*s1 && *s2 && *s1 == *s2){s1++;s2++;}if (*s2 == '\0'){return cur;}cur++;}return NULL;
}
int main()
{char str1[20] = "abbbcdef";char str2[20] = "bbc";char* ret = BF(str1, str2);char* ps = strncpy(ret, "world", 5);printf("%s\n", str1);
}

画图分析

*s1=a,*s2=b。此时 *s1 != *s2,说明从cur这个位置匹配失败,那么下一次就要从cur++的位置开始匹配,同时将s1的位置更改为新的cur

在这里插入图片描述


*s1=b,*s2=b。此时*s1==*s2,说明从当前cur的位置是有可能匹配成功的。那么就执行s1++,s2++的操作,比较下一对字符的内容

在这里插入图片描述


在这里插入图片描述


*s1=b,*s2=c。此时*s1!=*s2,说明从cur的位置匹配失败,进一步更新cur的位置,同时将s1的位置更新为新的cur的位置,s2回到起始位置。重新进行下一次的匹配

在这里插入图片描述


更新之后新的cur和s1的位置以及s2的位置

在这里插入图片描述


这里省略了相同的步骤,直接演示最后的结果。

在这里插入图片描述

这就是所谓的BF算法。大家是否理解了呢?接下来就让我们一起来学习更加高深莫测的KMP算法。大家做好准备哦。

2 KMP算法

依然是在主串中找寻子串的位置。这一次使用KMP算法实现。

什么是KMP算法呢?

KMP算法是一种改进的字符串匹配算法KMP算法的核心思想是利用主串与模式串(子串)匹配失败后的信息,尽量减少模式串(子串)与主串匹配的次数以达到快速匹配的目的。具体实现是通过一个next数组实现,数组本身包含了子串的局部匹配信息。KMP算法的时间复杂度O(m+n)

KMP算法与BF算法的区别是:主串的i并不会回退,子串的j不一定回退到0位置

画图分析

从当前 i 的位置开始匹配,匹配成功就执行 i++,j++的操作,接着匹配下一对字符的内容

在这里插入图片描述


这里省略了相同的步骤,直接演示最后的结果。此时匹配失败,i不会进行回退,j回退到一个随机的位置

在这里插入图片描述

该回退到哪里呢?这是一个值得深思的问题。在这个位置匹配失败就意味着 i 前面和 j 前面有一部分是相同的。那我们来研究一下 j 到底该回退到哪里呢?

在这里插入图片描述

假设1与3的内容相同,2与3的内容相同。那么1与2的内容就相同。如果此时下标 i 与下标 j 的内容不匹配,j 应该回退到哪里去呢?j 应该回退到子串中下标为2的位置去。为什么呢?还记得KMP算法的核心思想吗。需要尽量减少模式串与主串匹配的次数以达到快速匹配的目的1与3的内容相同,就没有必要再进行重复的匹配,因此 j 应该回退到子串中下标为2的位置。如果依然匹配失败,就继续回退

那新的问题又来了,我们要怎么得到回退的位置呢?根据上面的图分析,假设子串叫做p,如果p[0]~p[1]之间的内容等于p[3]~p[4]之间的内容,我们会发现相等部分的长度为2,刚好是 j 要回退的位置。那不就出来了。next数组的作用就是保存子串中某个位置匹配失败后,要回退的位置

KMP的精髓就是next数组,也就是用next[j]=k来表示,不同的j表示不同的k值,这个k就是你将来要移动的j要移动的位置

k值的求法:

. 找到匹配成功部分的两个相等的真子串(不包含本身),一个以下标0的字符开始,另一个以下标为 j-1 的字符结尾。这两个真子串的长度就是k值

. 不管什么数据,next[0]=-1,next[1]=0

接下来的问题就是已知next[j-1]=k,如何求next[j]=?

在这里插入图片描述


在这里插入图片描述

next数组的特点:相邻的k值如果是增加的,一定是逐步加1的过程

KMP算法的实现

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
//str代表主串
//sub代表子串
//pos代表主串开始匹配的位置
void GetNext(int* next, char* sub, int LenSub)
{assert(next != NULL && sub != NULL && LenSub);next[0] = -1;next[1] = 0;int i = 2;int k = 0;//保存前一项的k值while (i < LenSub){if (-1 == k || sub[i - 1] == sub[k]){next[i] = k + 1;i++;k++;}else{k = next[k];//有可能回退到-1,子串进行访问时会出现越界访问}}
}
int KMP(char* str, char* sub, int pos)
{assert(str != NULL && sub != NULL);int LenStr = (int)strlen(str);int LenSub = (int)strlen(sub);if (0 == LenStr || 0 == LenSub){return -1;}if (pos < 0 || pos >= LenStr){return -1;}int* next = (int*)malloc(sizeof(int) * LenSub);if (NULL == next){perror("空间开辟失败的原因是");return -1;}GetNext(next, sub, LenSub);int i = pos;//遍历主串int j = 0;//遍历子串while (i < LenStr && j < LenSub){if (-1 == j || str[i] == sub[j]){i++;j++;}else{j = next[j];//有可能回退到-1,子串进行访问时会出现越界访问}}if (j >= LenSub){return i - j;}else{return -1;}free(next);next = NULL;
}
int main()
{printf("%d\n", KMP("abbbcdefg", "bbc", 0));//2printf("%d\n", KMP("abbcdef", "ab", 0));//0printf("%d\n", KMP("abccdef", "bcd", 0));//-1printf("%d\n", KMP("abbcdabcdef", "abc", 0));//5printf("%d\n", KMP("abbccddef", "abcde", 0));//-1printf("%d\n", KMP("abcddef", "ab", 0));//0return 0;
}

这篇关于BF算法,KMP算法的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1090709

相关文章

SpringBoot实现MD5加盐算法的示例代码

《SpringBoot实现MD5加盐算法的示例代码》加盐算法是一种用于增强密码安全性的技术,本文主要介绍了SpringBoot实现MD5加盐算法的示例代码,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习... 目录一、什么是加盐算法二、如何实现加盐算法2.1 加盐算法代码实现2.2 注册页面中进行密码加盐2.

Java时间轮调度算法的代码实现

《Java时间轮调度算法的代码实现》时间轮是一种高效的定时调度算法,主要用于管理延时任务或周期性任务,它通过一个环形数组(时间轮)和指针来实现,将大量定时任务分摊到固定的时间槽中,极大地降低了时间复杂... 目录1、简述2、时间轮的原理3. 时间轮的实现步骤3.1 定义时间槽3.2 定义时间轮3.3 使用时

如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法

《如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法》文章介绍了Go语言中container/list包实现的双向链表,并探讨了如何使用链表实现LRU缓存,LRU缓存通过维护一个双向... 目录力扣:146. LRU 缓存主要结构 List 和 Element常用方法1. 初始化链表2.

golang字符串匹配算法解读

《golang字符串匹配算法解读》文章介绍了字符串匹配算法的原理,特别是Knuth-Morris-Pratt(KMP)算法,该算法通过构建模式串的前缀表来减少匹配时的不必要的字符比较,从而提高效率,在... 目录简介KMP实现代码总结简介字符串匹配算法主要用于在一个较长的文本串中查找一个较短的字符串(称为

通俗易懂的Java常见限流算法具体实现

《通俗易懂的Java常见限流算法具体实现》:本文主要介绍Java常见限流算法具体实现的相关资料,包括漏桶算法、令牌桶算法、Nginx限流和Redis+Lua限流的实现原理和具体步骤,并比较了它们的... 目录一、漏桶算法1.漏桶算法的思想和原理2.具体实现二、令牌桶算法1.令牌桶算法流程:2.具体实现2.1

Python中的随机森林算法与实战

《Python中的随机森林算法与实战》本文详细介绍了随机森林算法,包括其原理、实现步骤、分类和回归案例,并讨论了其优点和缺点,通过面向对象编程实现了一个简单的随机森林模型,并应用于鸢尾花分类和波士顿房... 目录1、随机森林算法概述2、随机森林的原理3、实现步骤4、分类案例:使用随机森林预测鸢尾花品种4.1

不懂推荐算法也能设计推荐系统

本文以商业化应用推荐为例,告诉我们不懂推荐算法的产品,也能从产品侧出发, 设计出一款不错的推荐系统。 相信很多新手产品,看到算法二字,多是懵圈的。 什么排序算法、最短路径等都是相对传统的算法(注:传统是指科班出身的产品都会接触过)。但对于推荐算法,多数产品对着网上搜到的资源,都会无从下手。特别当某些推荐算法 和 “AI”扯上关系后,更是加大了理解的难度。 但,不了解推荐算法,就无法做推荐系

康拓展开(hash算法中会用到)

康拓展开是一个全排列到一个自然数的双射(也就是某个全排列与某个自然数一一对应) 公式: X=a[n]*(n-1)!+a[n-1]*(n-2)!+...+a[i]*(i-1)!+...+a[1]*0! 其中,a[i]为整数,并且0<=a[i]<i,1<=i<=n。(a[i]在不同应用中的含义不同); 典型应用: 计算当前排列在所有由小到大全排列中的顺序,也就是说求当前排列是第

csu 1446 Problem J Modified LCS (扩展欧几里得算法的简单应用)

这是一道扩展欧几里得算法的简单应用题,这题是在湖南多校训练赛中队友ac的一道题,在比赛之后请教了队友,然后自己把它a掉 这也是自己独自做扩展欧几里得算法的题目 题意:把题意转变下就变成了:求d1*x - d2*y = f2 - f1的解,很明显用exgcd来解 下面介绍一下exgcd的一些知识点:求ax + by = c的解 一、首先求ax + by = gcd(a,b)的解 这个

综合安防管理平台LntonAIServer视频监控汇聚抖动检测算法优势

LntonAIServer视频质量诊断功能中的抖动检测是一个专门针对视频稳定性进行分析的功能。抖动通常是指视频帧之间的不必要运动,这种运动可能是由于摄像机的移动、传输中的错误或编解码问题导致的。抖动检测对于确保视频内容的平滑性和观看体验至关重要。 优势 1. 提高图像质量 - 清晰度提升:减少抖动,提高图像的清晰度和细节表现力,使得监控画面更加真实可信。 - 细节增强:在低光条件下,抖