Go语言教程之边写边学：数据结构与算法：KMP算法字符串匹配算法

KMP算法是一种改进的字符串匹配算法，由D.E.Knuth，J.H.Morris和V.R.Pratt提出的，因此人们称它为克努特—莫里斯—普拉特操作(简称KMP算法)。KMP算法的核心是利用匹配失败后的信息，尽量减少模式串与主串的匹配次数以达到快速匹配的目的。具体实现就是通过一个next()函数实现，函数本身包含了模式串的局部匹配信息。KMP算法的时间复杂度O(m+n) 。

(1)精确匹配

如果在目标T中至少一处存在模式P，则称匹配成功，否则即使目标与模式只有一个字符不同也不能称为匹配成功，即匹配失败。给定一个字符或符号组成的字符串目标对象T和一个字符串模式P，模式匹配的目的是在目标T中搜索与模式P完全相同的子串,返回T和P匹配的第一个字符串的首字母位置。

(2)近似匹配

如果模式P与目标T(或其子串)存在某种程度的相似,则认为匹配成功。常用的衡量字符串相似度的方法是根据一个串转换成另一个串所需的基本操作数目来确定。基本操作由字符串的插入、删除和替换来组成。

示例代码：

package main

import (
	"fmt"
)

const (	
	PatternSize int = 100
)

func SearchNext(haystack string, needle string) int {
	retSlice := KMP(haystack, needle)
	if len(retSlice) > 0 {
		return retSlice[len(retSlice)-1]
	}

	return -1
}

func SearchString(haystack string, needle string) int {
	retSlice := KMP(haystack, needle)
	if len(retSlice) > 0 {
		return retSlice[0]
	}

	return -1
}

func KMP(haystack string, needle string) []int {
	next := preKMP(needle)
	i := 0
	j := 0
	m := len(needle)
	n := len(haystack)

	x := []byte(needle)
	y := []byte(haystack)
	var ret []int

	//got zero target or want, just return empty result
	if m == 0 || n == 0 {
		return ret
	}

	//want string bigger than target string
	if n < m {
		return ret
	}

	for j < n {
		for i > -1 && x[i] != y[j] {
			i = next[i]
		}
		i++
		j++

		//fmt.Println(i, j)
		if i >= m {
			ret = append(ret, j-i)
			//fmt.Println("find:", j, i)
			i = next[i]
		}
	}

	return ret
}

func preMP(x string) [PatternSize]int {
	var i, j int
	length := len(x) - 1
	var mpNext [PatternSize]int
	i = 0
	j = -1
	mpNext[0] = -1

	for i < length {
		for j > -1 && x[i] != x[j] {
			j = mpNext[j]
		}
		i++
		j++
		mpNext[i] = j
	}
	return mpNext
}

func preKMP(x string) [PatternSize]int {
	var i, j int
	length := len(x) - 1
	var kmpNext [PatternSize]int
	i = 0
	j = -1
	kmpNext[0] = -1

	for i < length {
		for j > -1 && x[i] != x[j] {
			j = kmpNext[j]
		}

		i++
		j++

		if x[i] == x[j] {
			kmpNext[i] = kmpNext[j]
		} else {
			kmpNext[i] = j
		}
	}
	return kmpNext
}
	
func main() {
	fmt.Println("Search First Position String:\n")
	fmt.Println(SearchString("cocacola", "co"))
	fmt.Println(SearchString("Australia", "lia"))	
	fmt.Println(SearchString("cocacola", "cx"))
	fmt.Println(SearchString("AABAACAADAABAABA", "AABA"))
	
	fmt.Println("\nSearch Last Position String:\n")
	fmt.Println(SearchNext("cocacola", "co"))
	fmt.Println(SearchNext("Australia", "lia"))	
	fmt.Println(SearchNext("cocacola", "cx"))
	fmt.Println(SearchNext("AABAACAADAABAABAAABAACAADAABAABA", "AABA"))
}

输出：

Search First Position String:

0
6
-1
0

Search Last Position String:

4
6
-1
25

Go语言教程之边写边学：数据结构与算法：KMP算法 字符串匹配算法

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