技術標籤：LeetCode 題解演算法與資料結構刷穿 LeetCode演算法javaleetcodepython資料結構

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題目描述

實現 strStr() 函式。

給定一個 haystack 字串和一個 needle 字串，在 haystack 字串中找出 needle 字串出現的第一個位置 (從0開始)。如果不存在，則返回 -1。

示例 1:

輸入: haystack = "hello", needle = "ll"
輸出: 2

示例 2:

輸入: haystack = "aaaaa", needle = "bba"
輸出: -1
 

說明:

當 needle 是空字串時，我們應當返回什麼值呢？這是一個在面試中很好的問題。

對於本題而言，當 needle 是空字串時我們應當返回 0 。這與C語言的 strstr() 以及 Java的 indexOf() 定義相符。

樸素解法

直觀的解法的是：列舉原串 ss 中的每個字元作為起點，構造一個和匹配串 pp 一樣長度的子串 sub ，將 sub 和 pp 做對比：

class Solution {
    public int strStr(String ss, String pp) {
        int n = ss.length(), m = pp.length();
        for
 
 (int i = 0; i < n - m + 1; i++) {
            String sub = ss.substring(i, i + m);
            if (sub.equals(pp)) return i;
        }
        return -1;
    }
}

• 時間複雜度：n 為原串的長度，m 為匹配串的長度。其中列舉的複雜度為 O ( n − m ) O(n - m) O(n−m)，構造和比較字串的複雜度為 O ( n ) O(n) O(n)。整體複雜度為 O ( ( n − m ) ∗ n ) O((n - m) * n)

  O((n−m)∗n)

• 空間複雜度： O ( 1 ) O(1) O(1)

KMP 解法

KMP 演算法是一個快速查詢匹配串的演算法，時間複雜度為 O ( n ) O(n) O(n)。

建議和三葉在「5. 最長迴文子串」中提供的 Manacher 演算法一樣，進行背過。

KMP 演算法的應用範圍要比 Manacher 演算法要廣，Manacher 演算法只能應用於「迴文串」問題，較為侷限，而「子串匹配」問題還是十分常見的。

背過這樣的演算法的意義在於：相當於大腦裡有了一個時間複雜度為 O ( n ) O(n) O(n) 的 api 可以使用，這個 api 傳入一個原串和匹配串，返回匹配串在原串的位置。

一些相關的註釋我已經寫到程式碼裡：

class Solution {
    // KMP 演算法
    // ss: 原串 pp: 匹配串
    public int strStr(String ss, String pp) {
        if (pp.isEmpty()) return 0;
        
        // 分別讀取原串和匹配串的長度
        int n = ss.length(), m = pp.length();
        // 原串和匹配串前面都加空格，使其下標從 1 開始
        ss = " " + ss;
        pp = " " + pp;

        char[] s = ss.toCharArray();
        char[] p = pp.toCharArray();

        // 構建 next 陣列，陣列長度為匹配串的長度（next 陣列是和匹配串相關的）
        int[] next = new int[m + 1];
        // 構造過程 i = 2，j = 0 開始，i 小於等於匹配串長度 【構造 i 從 2 開始】
        for (int i = 2, j = 0; i <= m; i++) {
            // 匹配不成功的話，j = next(j)
            while (j > 0 && p[i] != p[j + 1]) j = next[j];
            // 匹配成功的話，j++
            if (p[i] == p[j + 1]) j++;
            next[i] = j;
        }

        // 匹配過程，i = 1，j = 0 開始，i 小於等於原串長度 【匹配 i 從 1 開始】
        for (int i = 1, j = 0; i <= n; i++) {
            // 匹配不成功 j = next(j)
            while (j > 0 && s[i] != p[j + 1]) j = next[j];
            // 匹配成功 j++
            if (s[i] == p[j + 1]) j++;
            // 如果匹配成功了，直接返回
            if (j == m) return i - m;
        }

        return -1;
    }
}

• 時間複雜度： O ( n ) O(n) O(n)

• 空間複雜度：構建了 next 陣列。複雜度為 O ( n ) O(n) O(n)

最後

這是我們「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.28 篇，系列開始於 2021/01/01，截止於起始日 LeetCode 上共有 1916 道題目，部分是有鎖題，我們將先將所有不帶鎖的題目刷完。

在這個系列文章裡面，除了講解解題思路以外，還會盡可能給出最為簡潔的程式碼。如果涉及通解還會相應的程式碼模板。

由於 LeetCode 的題目隨著周賽 & 雙週賽不斷增加，為了方便我們統計進度，我們將按照系列起始時的總題數作為分母，完成的題目作為分子，進行進度計算。當前進度為 28/1916 。

為了方便各位同學能夠電腦上進行除錯和提交程式碼，我在 Github 建立了相關的倉庫：https://github.com/SharingSource/LogicStack-LeetCode。在倉庫地址裡，你可以看到系列文章的題解連結、系列文章的相應程式碼、LeetCode 原題連結和一些其他的優選題解。

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