KMP模式匹配算法详解

简介：
KMP模式匹配算法是一种高效的字符串搜索算法，通过预处理模式串构建部分匹配表，避免不必要的字符比较，显著提升了搜索效率。 在了解到KMP算法之前，我一直使用暴力for循环进行字符串匹配。效率非常低下，在最坏情况下时间复杂度极高。 KMP模式匹配算法是一种高效的字符串搜索方法，由Knuth、Morris 和 Pratt 在1970年提出。它的核心在于利用部分匹配表（Next数组）避免了不必要的字符比较，从而提高了整体的运行效率。在最糟糕的情况下，KMP算法的时间复杂度为O(n)，其中n是主串T字符串的长度。 以下是关于KMP模式匹配的关键点： 1. **部分匹配表（Next数组）**：这是整个算法的核心所在，它记录了模式串P中每个字符之前的最长公共前后缀的长度。例如对于模式abab，它的Next数组为[-1, 0, 0, 1, 2]。 2. **算法流程**： - 构建部分匹配表：从左到右遍历模式串，计算出每个位置的最大前缀后缀公共子串长度。 - 主串与模式串的比较：在主字符串中逐个字符地尝试和模式进行匹配。如果某个地方不匹配，则根据Next数组直接跳过不需要重新开始的部分。 3. **部分匹配表（Next数组）计算步骤**： - 初始化一个全为-1的数组，表示没有公共前后缀。 - 遍历整个字符串来填充这个数组：当当前字符与前缀末尾字符相同时，则更新当前元素值；否则则根据前一位置的信息进行调整。 4. **Java实现细节**： - `getNext`方法用于计算Next数组。通过两个指针i（后缀指针）和j（前缀指针），比较主串与模式的匹配情况。 - `index_KMP`函数负责执行实际的字符串查找过程：当字符不匹配时，根据Next[j]值来更新模式串的位置。 5. **应用实例**： 在提供的Java代码示例中，“main”方法展示了如何使用KMP算法计算出部分匹配表，并进行有效的文本搜索。比如在给定的“goodgoogle”和“google”的例子中，可以快速定位到目标字符串的起始位置而无需回溯。 总之，掌握并应用KMP算法对于处理含有重复子串的问题以及提高整体效率来说是非常有价值的技能，在实际编程工作中有着广泛的应用前景。