String Matching Algorithm in C++

การค้นหาสายอักขระ (String Matching Algorithm) เป็นหัวใจสำคัญในหลายๆ แอพพลิเคชั่นทางด้านคอมพิวเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นเว็บเบราว์เซอร์, บริการจดหมายอิเล็กทรอนิกส์, หรือแม้แต่ซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการค้นหาแฟ้มข้อมูลในระบบไฟล์ วันนี้ เราจะมาพูดคุยถึง String Matching Algorithm ตัวหนึ่งที่มีความสำคัญและใช้งานอย่างแพร่หลายในภาษา C++ นั่นคือ KMP Algorithm (Knuth–Morris–Pratt) ซึ่งเป็นอัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพในการค้นหาประโยคหรือสายอักขระย่อย (substring) ภายในสายอักขระหลัก

Algorithm นี้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อแก้ปัญหาการค้นหาสายอักขระแบบง่ายที่มีชื่อว่า Naive String Matching Algorithm ที่มีความซับซ้อนในเชิงเวลา (time complexity) อยู่ที่ O(n*m) โดยที่ n คือความยาวของสายอักขระหลัก และ m คือความยาวของสายอักขระย่อย โดย KMP Algorithm สามารถลดความซับซ้อนด้านเวลาลงได้เป็น O(n+m) ซึ่งทำให้การทำงานเร็วขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับ Naive String Matching

ตัวอย่าง Code ในภาษา C++ สำหรับ KMP Algorithm:

#include 
#include 
#include 

std::vector computePrefixFunction(const std::string& pattern) {
    int m = pattern.length();
    std::vector pi(m, 0);
    int k = 0;
    for (int q = 1; q < m; q++) {
        while (k > 0 && pattern[k] != pattern[q]) {
            k = pi[k-1];
        }
        if (pattern[k] == pattern[q]) {
            k++;
        }
        pi[q] = k;
    }
    return pi;
}

void KMPMatcher(const std::string& text, const std::string& pattern) {
    int n = text.length();
    int m = pattern.length();
    std::vector pi = computePrefixFunction(pattern);
    int q = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        while (q > 0 && pattern[q] != text[i]) {
            q = pi[q-1];
        }
        if (pattern[q] == text[i]) {
            q++;
        }
        if (q == m) {
            std::cout << "Pattern occurs with shift " << i - m + 1 << std::endl;
            q = pi[q-1];
        }
    }
}

int main() {
    std::string text = "ABABDABACDABABCABAB";
    std::string pattern = "ABABCABAB";
    KMPMatcher(text, pattern);
    return 0;
}

Usecase ตัวอย่างในโลกจริง สำหรับการใช้งาน KMP Algorithm นี้ ได้แก่:

- การค้นหาคำภายในเอกสารขนาดใหญ่

- การทำโปรแกรมตรวจจับคำหยาบหรือข้อความไม่เหมาะสมในแชทหรือบนเว็บบอร์ด

- การค้นหาลำดับ DNA ที่ตรงกับแพทเทิร์นในฐานข้อมูลทางจีโนมิกส์

ข้อดีของ KMP Algorithm:

- เวลาทำงานที่รวดเร็วและเสถียร เหมาะกับการค้นหาในข้อมูลขนาดใหญ่

- ไม่มีการย้อนกลับไปตรวจสอบในสายอักขระหลักที่ผ่านมาแล้ว ทำให้ประหยัดเวลา

- ไม่จำเป็นต้องใช้หน่วยความจำเพิ่มเติมมากนัก

ข้อเสียของ KMP Algorithm:

- ต้องใช้เวลาในการสร้างตาราง prefix ซึ่งอาจทำให้ช้าลงในกรณีที่แพทเทิร์นมีขนาดใหญ่มาก

- อาจจะยากต่อการเข้าใจและใช้งานสำหรับผู้เริ่มต้นเรียนรู้

String Matching Algorithm อย่าง KMP แสดงให้เห็นความก้าวหน้าในการแก้ไขปัญหาทางคอมพิวเตอร์ ที่ในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านการเขียนโปรแกรมที่ EPT (Expert-Programming-Tutor) ซึ่งเป็นสถาบันการเรียนรู้ทางด้านการเขียนโปรแกรม เรายินดีที่จะให้ความรู้และส่งเสริมให้นักเรียนมีความเข้าใจลึกซึ้งเกี่ยวกับพื้นฐานของอัลกอริธึมดังกล่าว และการใช้งานในบริบทที่หลากหลาย การเรียนรู้ Algorithm และการต่อยอดด้วยการเข้ารหัสเป็นทักษะสำคัญที่เปิดโอกาสให้กับนักเรียนในการพัฒนาแอพพลิเคชั่นและซอฟต์แวร์ที่มีประสิทธิภาพ อย่าลืมว่าที่ EPT เรามีหลักสูตรและการสอนที่จะทำให้คุณกลายเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการเขียนโปรแกรมที่มีคุณภาพ พร้อมที่จะรับมือกับทุกความท้าทายในโลกเทคโนโลยีสมัยใหม่!

หมายเหตุ: ข้อมูลในบทความนี้อาจจะผิด โปรดตรวจสอบความถูกต้องของบทความอีกครั้งหนึ่ง บทความนี้ไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงใด ๆ ได้ ทาง EPT ไม่ขอยืนยันความถูกต้อง และไม่ขอรับผิดชอบต่อความเสียหายใดที่เกิดจากบทความชุดนี้ทั้งทางทรัพย์สิน ร่างกาย หรือจิตใจของผู้อ่านและผู้เกี่ยวข้อง