LeetCode【0028】找出字符串中第一个匹配项的下标

本文目录

[1 中文题目](#1 中文题目)
[2 求解方法：KMP算法](#2 求解方法：KMP算法)
- [2.1 方法思路](#2.1 方法思路)
- [2.2 Python代码](#2.2 Python代码)
- [2.3 复杂度分析](#2.3 复杂度分析)
[3 题目总结](#3 题目总结)

1 中文题目

给定两个字符串 haystack 和 needle ，请在 haystack 字符串中找出 needle 字符串的第一个匹配项的下标（下标从 0 开始）。如果 needle 不是 haystack 的一部分，则返回 -1 。

示例：

python 复制代码

输入：haystack = "sadbutsad", needle = "sad"
输出：0
解释："sad" 在下标 0 和 6 处匹配。
第一个匹配项的下标是 0 ，所以返回 0 。

python 复制代码

输入：haystack = "leetcode", needle = "leeto"
输出：-1
解释："leeto" 没有在 "leetcode" 中出现，所以返回 -1 。

提示：

1 ≤ h a y s t a c k . l e n g t h , n e e d l e . l e n g t h ≤ 1 0 4 1 \leq haystack.length, needle.length \leq 10^4 1≤haystack.length,needle.length≤104
haystack 和 needle 仅由小写英文字符组成

2 求解方法：KMP算法

2.1 方法思路

方法核心

使用KMP算法实现字符串匹配，通过next数组（部分匹配表）优化匹配过程。并且避免不必要的回溯，提高效率

实现步骤

（1）构建next数组：

计算模式串的最长相同前后缀
用于在不匹配时快速回退

（2）字符串匹配：

遍历主串进行匹配
利用next数组进行高效回退
找到完全匹配时返回起始位置

方法示例

python 复制代码

输入：haystack = "hello", needle = "ll"

1. 构建next数组：
needle = "ll"
next = [0, 1]

2. 匹配过程：
"hello"
 j=0
 i=0  h!=l  j=0
 i=1  e!=l  j=0
 i=2  l=l   j=1
 i=3  l=l   j=2 (匹配成功)

返回值：2

2.2 Python代码

python 复制代码

class Solution:
    def strStr(self, haystack: str, needle: str) -> int:
        # 如果needle为空，返回0
        if not needle:
            return 0
        
        # 获取两个字符串的长度
        n, m = len(haystack), len(needle)
        
        # 构建next数组（部分匹配表）
        def get_next(pattern):
            # next[i]表示pattern[0:i]的最长相同前后缀长度
            next = [0] * m
            # j指向前缀末尾，i指向后缀末尾
            j = 0
            
            # 从第二个字符开始计算next数组
            for i in range(1, m):
                # 当前字符不匹配，需要回退
                while j > 0 and pattern[i] != pattern[j]:
                    j = next[j - 1]
                # 当前字符匹配，更新j
                if pattern[i] == pattern[j]:
                    j += 1
                # 记录当前位置的最长相同前后缀长度
                next[i] = j
                
            return next
        
        # 获取next数组
        next = get_next(needle)
        
        # j指向needle的匹配位置
        j = 0
        
        # 遍历haystack进行匹配
        for i in range(n):
            # 当前字符不匹配，根据next数组回退
            while j > 0 and haystack[i] != needle[j]:
                j = next[j - 1]
            # 当前字符匹配，移动j
            if haystack[i] == needle[j]:
                j += 1
            # 完全匹配，返回起始位置
            if j == m:
                return i - m + 1
        
        # 未找到匹配，返回-1
        return -1

2.3 复杂度分析

时间复杂度：O(n + m)，n是haystack长度，m是needle长度
- 构建next数组需要O(m)
- 匹配过程需要O(n)
空间复杂度：O(m)
- next数组占用O(m)空间
- 其他变量占用O(1)空间

3 题目总结

题目难度：简单
数据结构：字符串
应用算法：KMP算法