字谜子串搜索

简介

字谜子串搜索是指在一个文本字符串中查找所有和给定模式字符串相匹配的子串，这种搜索方式可以用于解决很多实际问题，例如DNA序列匹配、文本搜索、数据压缩等。本篇文章将介绍两种常见的字谜子串搜索算法：暴力搜索和KMP算法。

暴力搜索

暴力搜索是一种简单、直观的搜索算法，它的思路是在文本字符串中逐个字符地匹配模式字符串，直到找到匹配的子串或者遍历完整个文本字符串。该算法的时间复杂度为O(n*m)，其中n为文本字符串的长度，m为模式字符串的长度。

实现暴力搜索的代码片段如下：

def brute_force_search(text, pattern):
    n, m = len(text), len(pattern)
    res = []
    for i in range(n-m+1):
        j = 0
        while j < m and text[i+j] == pattern[j]:
            j += 1
        if j == m:
            res.append(i)
    return res

程序首先计算出文本字符串和模式字符串的长度，然后从文本字符串的第一个字符开始逐个匹配模式字符串。如果匹配成功，则将该子串在文本字符串中的起始位置添加到结果列表中。最后返回所有匹配子串的起始位置。

KMP算法

KMP算法是一种高效的字符串匹配算法，它的核心思想是通过构建一个状态转移表，以消除暴力搜索中不必要的回溯操作，从而实现线性时间复杂度的匹配。该算法的时间复杂度为O(n+m)，其中n为文本字符串的长度，m为模式字符串的长度。

实现KMP算法的代码片段如下：

def kmp_search(text, pattern):
    n, m = len(text), len(pattern)
    next = get_next(pattern)
    j = 0
    res = []
    for i in range(n):
        while j > 0 and text[i] != pattern[j]:
            j = next[j-1]
        if text[i] == pattern[j]:
            j += 1
        if j == m:
            res.append(i-m+1)
            j = next[j-1]
    return res

def get_next(pattern):
    n = len(pattern)
    next = [0] * n
    j = 0
    for i in range(1, n):
        while j > 0 and pattern[i] != pattern[j]:
            j = next[j-1]
        if pattern[i] == pattern[j]:
            j += 1
        next[i] = j
    return next

程序中的kmp_search函数实现了KMP算法的主要逻辑。首先调用get_next函数计算出模式字符串的next数组，然后从文本字符串的第一个字符开始逐个匹配模式字符串。如果匹配失败，则根据next数组将模式字符串向右移动一定的位数，直到找到相对应的前缀，继续匹配。如果匹配成功，则将该子串在文本字符串中的起始位置添加到结果列表中，并将模式字符串向右移动一位，继续匹配。最后返回所有匹配子串的起始位置。

总结

字谜子串搜索是一种常见的字符串搜索算法，本文介绍了暴力搜索和KMP算法两种常用的实现方式。暴力搜索简单直观，但效率较低；KMP算法虽然复杂一些，但能够实现线性时间复杂度的匹配，尤其适用于处理大文本字符串的情况。在实际应用中，需要根据具体问题选择合适的算法来解决问题。