蒂花之秀 --- 大神用漫画讲解字符串匹配算法,让你噩梦变美梦
第二轮,我们把模式串后移一位,从主串的第二位开始,把主串和模式串的字符逐个比较:
主串的第二位字符是 b,模式串的第二位字符也是 b,两者匹配,继续比较:
主串的第三位字符是 b,模式串的第三位字符也是 c,两者并不匹配。
第三轮,我们把模式串再次后移一位,从主串的第三位开始,把主串和模式串的字符逐个比较:
主串的第三位字符是 b,模式串的第三位字符也是 b,两者匹配,继续比较:
主串的第四位字符是 c,模式串的第四位字符也是 c,两者匹配,继续比较:
主串的第五位字符是 e,模式串的第五位字符也是 e,两者匹配,比较完成!
由此得到结果,模式串 bce 是主串 abbcefgh 的子串,在主串第一次出现的位置下标是 2:
以上就是小灰想出的解决方案,这个算法有一个名字,叫做 BF 算法,是 Brute Force(暴力算法)的缩写。
上图的情况,在每一轮进行字符匹配时,模式串的前三个字符 a 都和主串中的字符相匹配,一直检查到模式串最后一个字符 b,才发现不匹配:
这样一来,两个字符串在每一轮都需要白白比较 4 次,显然非常浪费。
假设主串的长度是 m,模式串的长度是 n,那么在这种极端情况下,BF 算法的最坏时间复杂度是 O(mn)。
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比较哈希值是什么意思呢?
用过哈希表的朋友们都知道,每一个字符串都可以通过某种哈希算法,转换成一个整型数,这个整型数就是 hashcode:
hashcode = hash(string)
显然,相对于逐个字符比较两个字符串,仅比较两个字符串的 hashcode 要容易得多。
给定主串和模式串如下(假定字符串只包含 26 个小写字母):
第一步,我们需要生成模式串的 hashcode。
生成 hashcode 的算法多种多样,比如:
按位相加
这是最简单的方法,我们可以把 a 当做 1,b 当做 2,c 当做 3......然后把字符串的所有字符相加,相加结果就是它的 hashcode。
bce = 2 + 3 + 5 = 10
但是,这个算法虽然简单,却很可能产生 hash 冲突,比如 bce、bec、cbe 的 hashcode 是一样的。
转换成 26 进制数
既然字符串只包含 26 个小写字母,那么我们可以把每一个字符串当成一个 26 进制数来计算。
bce = 2*(26^2) + 3*26 + 5 = 1435
这样做的好处是大幅减少了 hash 冲突,缺点是计算量较大,而且有可能出现超出整型范围的情况,需要对计算结果进行取模。
为了方便演示,后续我们采用的是按位相加的 hash 算法,所以 bce 的 hashcode 是 10:
第二步,生成主串当中第一个等长子串的 hashcode。
由于主串通常要长于模式串,把整个主串转化成 hashcode 是没有意义的,只有比较主串当中和模式串等长的子串才有意义。
因此,我们首先生成主串中第一个和模式串等长的子串 hashcode,
即 abb = 1 + 2 + 2 = 5:
第三步,比较两个 hashcode。
显然,5!=10,说明模式串和第一个子串不匹配,我们继续下一轮比较。
第四步,生成主串当中第二个等长子串的 hashcode。
bbc = 2 + 2 + 3 = 7:
第五步,比较两个 hashcode。
显然,7!=10,说明模式串和第二个子串不匹配,我们继续下一轮比较。
第六步,生成主串当中第三个等长子串的 hashcode。
bce= 2 + 3 + 5 = 10:
第七步,比较两个 hashcode。
显然,10 ==10,两个 hash 值相等!这是否说明两个字符串也相等呢?
别高兴的太早,由于存在 hash 冲突的可能,我们还需要进一步验证。
第八步,逐个字符比较两字符串。
hashcode 的比较只是初步验证,之后我们还需要像 BF 算法那样,对两个字符串逐个字符比较,最终判断出两个字符串匹配。
最后得出结论,模式串 bce 是主串 abbcefgh 的子串,第一次出现的下标是 2。
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什么意思呢?让我们再来看一个例子:
上图中,我已知子串 abbcefg 的 hashcode 是 26,那么如何计算下一个子串,也就是 bbcefgd 的 hashcode 呢?
我们没有必要把子串的字符重新进行累加运算,而是可以采用一个更简单的方法。由于新子串的前面少了一个 a,后面多了一个 d,所以:
新 hashcode = 旧 hashcode - 1 + 4 = 26-1+4 = 29
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