力扣面试经典算法150题：找出字符串中第一个匹配项的下标

找出字符串中第一个匹配项的下标

今天的题目是力扣面试经典150题中的数组的简单题: 找出字符串中第一个匹配项的下标

题目链接：https://leetcode.cn/problems/find-the-index-of-the-first-occurrence-in-a-string/description/?envType=study-plan-v2&envId=top-interview-150

题目描述

给定一个字符串 haystack 和一个字符串 needle，请找出 needle 在 haystack 中第一次出现的位置（下标）。如果 needle 不是 haystack 的一部分，则返回 -1。

示例:
- 输入:
  haystack = “hello”, needle = “ll”
- 输出:
  2
- 输入:
  haystack = “aaaaa”, needle = “bba”
- 输出:
  -1

题目分析

题目要求我们在一个字符串 haystack 中找到另一个字符串 needle 第一次出现的位置。如果 needle 不是 haystack 的一部分，则返回 -1。

很明显，字符串needle是被包含在haystack中的一个子串，这意味着needle的字符在haystack中连续出现。

只需要第一次出现的位置则意味着我们需要的结果是needle中的字符第一次在haystack中连续出现时的第一个字符在haystack中的下标。

解题思路

分隔法

第一时间想到的办法：

判断haystack是否包含needle，不包含直接返回-1。
判断haystack是否以needle开头, 是的话返回0。
使用needle分割haystack，获取第一段的字符串长度返回即可。

整串匹配法

在分割法之后再思考想到的办法，使用整个子串去匹配：

获取两个字符串的长度。
以两者差值作为循环条件进行循环。
截取当前下标开始到子串长度的字符串与子串对比，一致则返回下标的值。
返回-1。

单字符匹配法：

在整串匹配法后想到的，不截取字符串，直接依次比较每个字符：

获取两个字符串的长度。
以两者差值作为循环条件进行循环
从 haystack 的第一个字符开始，逐个字符比较。
如果发现 haystack 中有一段子串与 needle 相同，则返回这段子串的起始位置。
如果遍历完整个 haystack 都没有找到匹配的子串，则返回 -1。

KMP 算法：

在上诉方法用完以后，尝试找到该类型题目的特殊算法：

构建 KMP 的 next 数组，然后根据 next 数组进行快速匹配。
如果找到匹配的子串，则返回起始位置；否则，返回 -1。

有点抽象，没完全想明白，这里就不贴了。。。

实际算法代码

下面是使用三种方法的 Java 实现：

public static void main(String[] args) {
        StrStr solution = new StrStr();

        // 示例数据
        String haystack = "hello";
        String needle = "ll";

        // 调用计算第一个匹配项下标的方法
        int index1 = solution.strStr1(haystack, needle);
        int index2 = solution.strStr2(haystack, needle);
        int index3 = solution.strStr3(haystack, needle);

        // 输出结果
        System.out.println("The index1 of the first occurrence is: " + index1);
        System.out.println("The index2 of the first occurrence is: " + index2);
        System.out.println("The index3 of the first occurrence is: " + index3);
    }

    /**
     * 查找字符串中第一个匹配项的下标: 分割法
     *
     * @param haystack 主字符串
     * @param needle   子字符串
     * @return 第一个匹配项的下标
     */
    public int strStr1(String haystack, String needle) {
        if (needle.isEmpty()) {
            return 0;
        }

        if (!haystack.contains(needle)) {
            return -1;
        }
        if (haystack.startsWith(needle)) {
            return 0;
        }
        String[] split = haystack.split(needle);
        if (split.length > 0) {
            return split[0].length();
        }
        return -1;
    }


    /**
     * 查找字符串中第一个匹配项的下标：整串匹配法
     *
     * @param haystack 主字符串
     * @param needle   子字符串
     * @return 第一个匹配项的下标
     */
    public int strStr2(String haystack, String needle) {
        if (needle.isEmpty()) {
            return 0;
        }

        int n = haystack.length();
        int m = needle.length();

        for (int i = 0; i <= n - m; i++) {
            if (needle.equals(haystack.substring(i, i + m))) {
                return i;
            }
        }

        return -1;
    }

    /**
     * 查找字符串中第一个匹配项的下标：单字符匹配法
     *
     * @param haystack 主字符串
     * @param needle   子字符串
     * @return 第一个匹配项的下标
     */
    public int strStr3(String haystack, String needle) {
        if (needle.isEmpty()) {
            return 0;
        }

        int n = haystack.length();
        int m = needle.length();

        for (int i = 0; i <= n - m; i++) {
            boolean found = true;
            for (int j = 0; j < m; j++) {
                if (haystack.charAt(i + j) != needle.charAt(j)) {
                    found = false;
                    break;
                }
            }
            if (found) {
                return i;
            }
        }

        return -1;
    }