字符串匹配

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字符串匹配(String Matchiing)也称字符串搜索(String Searching)是字符串算法中重要的一种，是指从一个大字符串或文本中找到模式串出现的位置。

1. 字符串匹配概念

字符串匹配问题的形式定义：

• 文本（Text）是一个长度为 n 的数组 T[1..n]；

• 模式（Pattern）是一个长度为 m 且 m≤n 的数组 P[1..m]；

• T 和 P 中的元素都属于有限的字母表 Σ 表；

• 如果 0≤s≤n-m，并且 T[s+1..s+m] = P[1..m]，即对 1≤j≤m，有 T[s+j] = P[j]，则说模式 P 在文本 T 中出现且位移为 s，且称 s 是一个有效位移（Valid Shift）。

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比如上图中，目标是找出所有在文本 T = abcabaabcabac 中模式 P = abaa 的所有出现。该模式在此文本中仅出现一次，即在位移 s = 3 处，位移 s = 3 是有效位移。

字符串匹配算法通常分为两个步骤：预处理（Preprocessing）和匹配（Matching）。所以算法的总运行时间为预处理和匹配的时间的总和。

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上图描述了常见字符串匹配算法的预处理和匹配时间。

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2. 字符串匹配算法

解决字符串匹配的算法包括：朴素算法（Naive Algorithm） 即暴力破解、Rabin-Karp 算法、有限自动机算法（Finite Automation）、 Knuth-Morris-Pratt 算法（即 KMP Algorithm）、Boyer-Moore 算法、Simon 算法、Colussi 算法、Galil-Giancarlo 算法、Apostolico-Crochemore 算法、Horspool 算法和 Sunday 算法等。

• 朴素的字符串匹配算法（Naive String Matching Algorithm)

  • 朴素的字符串匹配算法又称为暴力匹配算法（Brute Force Algorithm），最为简单的字符串匹配算法

• Knuth-Morris-Pratt 字符串匹配算法（即 KMP 算法）

  • Knuth-Morris-Pratt算法（简称KMP）是最常用的字符串匹配算法之一

• Boyer-Moore 字符串匹配算法

  • 各种文本编辑器的"查找"功能（Ctrl+F），大多采用Boyer-Moore算法，效率非常高

• 字符串匹配 - 文本预处理：后缀树（Suffix Tree）

  • 上述字符串匹配算法(朴素的字符串匹配算法, KMP 算法, Boyer-Moore算法)均是通过对模式（Pattern）字符串进行预处理的方式来加快搜索速度。对 Pattern 进行预处理的最优复杂度为 O(m)，其中 m 为 Pattern 字符串的长度。那么，有没有对文本（Text）进行预处理的算法呢？本文即将介绍一种对 Text 进行预处理的字符串匹配算法：后缀树（Suffix Tree）