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面试题

手写代码实现子串包含问题(KMP 算法)。

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答案:

解答思路:

实现子串包含问题可以使用多种算法,其中KMP(Knuth-Morris-Pratt)算法是一种高效且优雅的解决方案。该算法通过预处理子串构建一个部分匹配表(也称为跳转表),在匹配过程中能够高效地进行状态跳转,避免不必要的字符比较。

最优回答:

以下是使用KMP算法实现子串包含问题的伪代码:

def KMP_substring_search(main_string, sub_string):
    # 构建部分匹配表
    def build_partial_match_table(sub_string):
        m = len(sub_string)
        partial_match_table = [0] * m
        j = 0  # 子串中的索引位置,用于记录已匹配的字符个数
        for i in range(1, m):  # 主串中每个字符与子串进行匹配
            while j > 0 and sub_string[j] != sub_string[i]:  # 如果当前字符不匹配,调整j的值进行跳转
                j = partial_match_table[j - 1]  # 根据部分匹配表进行跳转
            if sub_string[j] == sub_string[i]:  # 如果匹配成功,增加匹配的字符个数
                j += 1
            partial_match_table[i] = j  # 更新部分匹配表的值
        return partial_match_table

    # 使用部分匹配表进行子串搜索
    m = len(sub_string)  # 子串长度
    n = len(main_string)  # 主串长度
    partial_match_table = build_partial_match_table(sub_string)  # 构建部分匹配表
    i = j = 0  # i为主串中的位置,j为子串中的位置
    while i < n:  # 主串中每个字符与子串进行匹配
        while j > 0 and main_string[i] != sub_string[j]:  # 如果当前字符不匹配,根据部分匹配表进行跳转
            j = partial_match_table[j - 1]  # 进行跳转操作
        if main_string[i] == sub_string[j]:  # 如果匹配成功,增加匹配的字符个数并检查是否完全匹配成功
            j += 1  # 增加匹配的字符个数
            if j == m:  # 完全匹配成功,返回子串在主串中的起始位置
                return i - j + 1  # 返回结果位置信息(从起始位置开始计算)
        i += 1  # 继续主串中的下一个字符与子串进行匹配操作
    return -1  # 如果未找到子串,返回-1表示未找到结果信息位置信息(从起始位置开始计算)

解析:

关于KMP算法的核心思想,主要在于预处理子串构建部分匹配表(也称为跳转表),该表能够记录子串在自身内部匹配失败时的最大前后缀公共元素长度,使得在匹配过程中能够高效地进行状态跳转。此外,KMP算法的时间复杂度为O(n+m),相较于朴素的字符串匹配算法(如暴力匹配算法),具有更高的效率。在实际应用中,KMP算法广泛应用于文本处理、生物信息学等领域。
创作类型:
原创

本文链接:手写代码实现子串包含问题(KMP 算法)。

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