如何使用Java實作字串比對演算法
引言：
字串比對演算法是電腦領域中常見的問題，用於在一個主串中尋找特定模式串的出現位置。在實際開發中，經常需要對字串進行匹配，例如文字編輯器中的查找功能，搜尋引擎中的關鍵字匹配等等。本文將介紹幾種常見的字串比對演算法，並提供對應的Java程式碼範例。
一、暴力比對演算法
暴力比對演算法，又稱樸素比對演算法，是最基本的字串比對演算法。它的原理非常簡單，即從主串中的每一個位置開始，與模式串進行逐個字元的比較，直到出現不匹配的字元或成功找到匹配。
具體實現代碼如下：
public class BruteForceMatcher {
public int match(String text, String pattern) {
int n = text.length();
int m = pattern.length();
for (int i = 0; i <= n - m; i++) {
int j;
for (j = 0; j < m; j++) {
if (text.charAt(i + j) != pattern.charAt(j)) {
break;
}
}
if (j == m) {
return i;
}
}
return -1;
}
}二、KMP演算法
KMP演算法是一種高效的字串匹配演算法，它利用了模式串的部分匹配信息，避免了不必要的字元比較。 KMP演算法的核心是建立一個next數組，用於記錄模式串中每個位置的最長公共前後綴的長度。
具體實作程式碼如下：
public class KMPMatcher {
public int match(String text, String pattern) {
int n = text.length();
int m = pattern.length();
int[] next = getNext(pattern);
int i = 0, j = 0;
while (i < n && j < m) {
if (j == -1 || text.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {
i++;
j++;
} else {
j = next[j];
}
}
if (j == m) {
return i - j;
} else {
return -1;
}
}
private int[] getNext(String pattern) {
int m = pattern.length();
int[] next = new int[m];
next[0] = -1;
int i = 0, j = -1;
while (i < m - 1) {
if (j == -1 || pattern.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {
i++;
j++;
if (pattern.charAt(i) != pattern.charAt(j)) {
next[i] = j;
} else {
next[i] = next[j];
}
} else {
j = next[j];
}
}
return next;
}
}三、Boyer-Moore演算法
Boyer-Moore演算法是一種高效的字串比對演算法，利用了模式串中的字元分佈訊息和後移規則。
具體實作程式碼如下：
public class BMMatcher {
public int match(String text, String pattern) {
int n = text.length();
int m = pattern.length();
int[] bmBc = preBmBc(pattern);
int[] bmGs = preBmGs(pattern);
int j = 0;
while (j <= n - m) {
int i;
for (i = m - 1; i >= 0 && pattern.charAt(i) == text.charAt(i + j); i--);
if (i < 0) {
return j;
} else {
j += Math.max(bmGs[i], bmBc[text.charAt(i + j)] - m + 1 + i);
}
}
return -1;
}
private int[] preBmBc(String pattern) {
int[] bmBc = new int[256];
int m = pattern.length();
for (int i = 0; i < 256; i++) {
bmBc[i] = m;
}
for (int i = 0; i < m - 1; i++) {
bmBc[pattern.charAt(i)] = m - 1 - i;
}
return bmBc;
}
private int[] preBmGs(String pattern) {
int m = pattern.length();
int[] bmGs = new int[m];
int i = m - 1, j = m;
bmGs[m - 1] = m;
while (i >= 0) {
if (pattern.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {
bmGs[--i] = --j;
} else {
j = m - 1 - i;
while (j < m && pattern.charAt(m - 1 - j) == pattern.charAt(j)) {
j++;
}
bmGs[i] = j;
}
}
return bmGs;
}
}結論：
以上是三種常見的字串比對演算法的程式碼範例，它們分別是暴力比對演算法、KMP演算法和Boyer-Moore演算法.在實際應用中，可以根據具體需求選擇合適的演算法，以提高配對效率。
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