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文章目錄
- 一、KMP算法說明
- 二、詳細(xì)實現(xiàn)
- 1. next數(shù)組定義
- 2. 使用next加速匹配
- 3. next數(shù)組如何快速生成
- 4. 時間復(fù)雜度O(m+n)的證明
- a) next生成的時間復(fù)雜度
- b) 匹配過程時間復(fù)雜度
- 三、例題
- 1. [leetcode#572](https://leetcode.cn/problems/subtree-of-another-tree/description/)
- 2. [leetcode#1367](https://leetcode.cn/problems/linked-list-in-binary-tree/description/)
一、KMP算法說明
要判斷s1字符串是否包含s2字符串，如果包含返回s1中包含s2的最左開頭位置，不包含返回-1
暴力方法就是s1的每個位置都做開頭，然后去匹配s2整體，時間復(fù)雜度O(n*m)，其中n為s1長度，m為s2長度
KMP算法可以做到時間復(fù)雜度O(n+m)
二、詳細(xì)實現(xiàn)
1. next數(shù)組定義
字符串s的next數(shù)組為int數(shù)組，長度等于s的長度。next[i]表示在s中下標(biāo)i之前子串的前綴和后綴的最大匹配長度(不包含整體)
以字符串"aabaabs"為例
// i=0,規(guī)定next[0]為-1
// i=1,由于s[1]之前只有a，除去整體，前綴和后綴只能是空，所以規(guī)定next[1]=0
// i=2, "aa",前綴"a",后綴"a"，最大匹配長度1，next[2]=1
// i=3, "aab",沒有可以匹配的前綴和后綴，next[3]=0
// i=4, "aaba", 前綴"a", 后綴"a", next[4]=1
// i=5, "aabaa", 前綴"aa", 后綴"aa", next[5]=2
// i=6, "aabaab", 前綴"aab", 后綴"aab", next[6]=3
// 擴(kuò)充的next是可以多計算一位的
// i=7, "aabaabs",沒有可以匹配的前綴和后綴，next[7]=0
2. 使用next加速匹配
func kmp(s1, s2 string) int {if len(s1) < len(s2) {return -1}next := nextArr(s2)x, y := 0, 0for x < len(s1) && y < len(s2) {if s1[x] == s2[y] {x++y++} else if y > 0 {y = next[y]} else {x++}}if y == len(s2) {return x - y} else {return -1}
}
3. next數(shù)組如何快速生成
func nextArr(s string) []int {if len(s) <= 1 {return []int{-1}}next := make([]int, len(s))next[0], next[1] = -1, 0cp := 0for i := 2; i < len(s); {if s[i-1] == s[cp] {cp++next[i] = cpi++} else if cp > 0 {cp = next[cp]} else {next[i] = 0i++}}return next
}
4. 時間復(fù)雜度O(m+n)的證明
a) next生成的時間復(fù)雜度
// for循環(huán)中我們關(guān)注i和i-cp
// i的范圍是2~m
// i-cp的范圍是0~m
// 分支1:i變大, i-cp不變
// 分支2:i-cp變大
// 分支3:i變大，i-cp變大
// 因此時間復(fù)雜度O(m)
b) 匹配過程時間復(fù)雜度
// for循環(huán)中關(guān)注x和x-y
// ...
// 同理時間復(fù)雜度O(n)
三、例題
1. leetcode#572
// 思路：將兩棵樹都序列化為sRoot和sSubRoot，然后判斷sSubRoot是否為sRoot的子串func isSubtree(root *TreeNode, subRoot *TreeNode) bool {const nullVal = 1e4 + 1var s1, s2 []ints1 = encode(root, make([]int, 0), nullVal)s2 = encode(subRoot, make([]int, 0), nullVal)return kmp2(s1, s2) >= 0
}
func encode(root *TreeNode, list []int, nullVal int) []int {if root == nil {list = append(list, nullVal)return list}list = append(list, root.Val)list = encode(root.Left, list, nullVal)list = encode(root.Right, list, nullVal)return list
}
func kmp2(s1, s2 []int) int {if len(s1) < len(s2) {return -1}next := nextArrInt(s2)x, y := 0, 0for x < len(s1) && y < len(s2) {if s1[x] == s2[y] {x++y++} else if y > 0 {y = next[y]} else {x++}}if y == len(s2) {return x - y} else {return -1}
}
func nextArrInt(s []int) []int {if len(s) <= 1 {return []int{-1}}next := make([]int, len(s))next[0], next[1] = -1, 0cp := 0for i := 2; i < len(s); {if s[i-1] == s[cp] {cp++next[i] = cpi++} else if cp > 0 {cp = next[cp]} else {next[i] = 0i++}}return next
}2. leetcode#1367
func isSubPath(head *ListNode, root *TreeNode) bool {if head == nil {return true}if root == nil {return false}list := make([]int, 0)for head != nil {list = append(list, head.Val)head = head.Next}next := nextArrInt(list)return find(root, list, next, 0)
}func find(cur *TreeNode, list []int, next []int, index int) bool {if index == len(list) {return true}if cur == nil {return false}for index >= 0 && cur.Val != list[index] {index = next[index]}// index=-1 => index=0// 匹配 => index+1index++return find(cur.Left, list, next, index) || find(cur.Right, list, next, index)
}