理论教育 KMP算法的改进-《2019版数据结构高分笔记》

KMP算法的改进-《2019版数据结构高分笔记》

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:由此可见,j需要依次在5、4、3、2、1的位置上进行比较,而模式串在1到5的位置上的字符完全相等,因此较为聪明的做法应该是在j等于5处发生不匹配时,直接跳过位置1到4的多余比较,这就是KMP算法改进的切入点。

KMP算法的改进-《2019版数据结构高分笔记》

先看一种特殊情况,见表4-7。当j等于5,发生不匹配时,因next[5]=4,则需将j回朔到4进行比较;又因next[4]=3,则应将j回朔到3进行比较……由此可见,j需要依次在5、4、3、2、1的位置上进行比较,而模式串在1到5的位置上的字符完全相等,因此较为聪明的做法应该是在j等于5处发生不匹配时,直接跳过位置1到4的多余比较,这就是KMP算法改进的切入点。

4-7 一种特殊情况的next数组

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将上述过程推广到一般情况为:

若pj等于pk1(k1等于next[j]),则继续比较pj与pk2(k2等于next[next[j]]),若仍相等则继续比较下去,直到pj与pkn不等(kn等于next[next[…next[j]…]],嵌套n个next)或kn等于0时,则next[j]重置为kn。一般保持next数组不变,而用名为nextval的数组来保存更新后的next数组,即当pj与pkn不等时,nextval[j]赋值为kn。

下面通过一个例题来看一下nextval的推导过程。

【例4-1】求模式串ABABAAB的next数组和nextval数组。

首先求出next数组,见表4-8。

4-84-1next数组

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1)当j为1时,nextval[1]赋值为0,特殊情况标记。

2)当j为2时,p2为B,pk1(k1等于next[2],值为1)为A,两者不等,因此nextval[2]赋值为k1,值为1。

3)当j为3时,p3为A,pk1(k1等于next[3],值为1)为A,两者相等,因此应先判断k2是否为0,而k2等于next[next[3]],值为0,所以nextval[3]赋值为k2,值为0。

注意:步骤3)中p3与pk1(k1等于next[3])比较相等后,按照之前的分析应先判断k2是否为0,再让p3继续与pk2比较,注意到此时nextval[next[3]]即nextval[1]的值已经存在,故只需直接将nextval[3]直接赋值为nextval[1]即可,即nextval[3]=nextval[1]=0。

推广到一般情况为:当pj等于pk1(k1等于next[j])时,只需让nextval[j]赋值为nextval[next[j]]即可,原因有两点:

①nextval数组是从下标1开始逐渐往后求得的,所以在求nextval[j]时,nextval[next[j]]必已求得。

②nextval[next[j]]为pj与pk2到pkn比较结果的记录,因此无须再重复比较。

4)当j为4时,p4为B,pk(k等于next[4])为B,两者相等,因此nextval[4]赋值为nextval[next[4]],值为1。

5)当j为5时,p5为A,pk(k等于next[5])为A,两者相等,因此nextval[5]赋值为nextval[next[5]],值为0。

6)当j为6时,p6为A,pk(k等于next[6])为B,两者不等,因此nextval[6]赋值为next[6],值为4。(www.daowen.com)

7)当j为7时,p7为B,pk(k等于next[7])为B,两者相等,因此nextval[7]赋值为nextval[next[7]],值为1。

由此求得的nextval数组见表4-9。

4-94-1nextval数组

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总结求nextval的一般步骤:

1)当j等于1时,nextval[j]赋值为0,作为特殊标记。

2)当pj不等于pk时(k等于next[j]),nextval[j]赋值为k。

3)当pj等于pk时(k等于next[j]),nextval[j]赋值为nextval[k]。

观察求next数组的函数getnext()的核心代码段:

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在注释1处next[i]已求出,且next[0…i-1]皆已求出,则结合上边的总结,要求nextval,可以在1处添加如下代码:

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显然,在注释2处用next数组来回朔j的代码可以用已求得的nextval数组代替(注意,j往前跳,之前的nextval值已经求得),修改后的代码如下:

j=nextval [j];//2

通过以上分析,我们完全可以将函数getnext()中的next数组用nextval数组替换掉,最终得到求nextval的代码:

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