深入理解KMP算法（Java语言实现字符串高效匹配）

KMP算法的核心：构建 next 数组

next[i] 表示模式串中前 i 个字符（即 pattern[0..i-1]）的最长相等前后缀的长度。例如，模式串 "ABABC" 的 next 数组为 [0, 0, 1, 2, 0]。

构建 next 数组的过程如下：

• 初始化 next[0] = 0，因为单个字符没有前后缀。
• 使用两个指针 i 和 j，i 遍历模式串，j 表示当前匹配的前缀长度。
• 如果 pattern[i] == pattern[j]，则 j++，next[i+1] = j。
• 如果不等且 j > 0，则 j = next[j-1]，继续比较；若 j == 0，则 next[i+1] = 0。

Java代码实现

下面是一个完整的 模式匹配算法 的 Java 实现，包含 next 数组构建和主匹配过程：

public class KMP {    // 构建 next 数组    public static int[] buildNext(String pattern) {        int m = pattern.length();        int[] next = new int[m];        int j = 0; // 前缀指针        for (int i = 1; i < m; i++) {            while (j > 0 && pattern.charAt(i) != pattern.charAt(j)) {                j = next[j - 1];            }            if (pattern.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {                j++;            }            next[i] = j;        }        return next;    }    // KMP 主匹配函数    public static int kmpSearch(String text, String pattern) {        if (pattern.isEmpty()) return 0;        int n = text.length();        int m = pattern.length();        int[] next = buildNext(pattern);        int j = 0; // 模式串指针        for (int i = 0; i < n; i++) {            while (j > 0 && text.charAt(i) != pattern.charAt(j)) {                j = next[j - 1];            }            if (text.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {                j++;            }            if (j == m) {                return i - m + 1; // 返回首次匹配位置            }        }        return -1; // 未找到    }    // 测试示例    public static void main(String[] args) {        String text = "ABABDABACDABABCABCABCABC";        String pattern = "ABABC";        int index = kmpSearch(text, pattern);        System.out.println("匹配位置: " + index); // 输出: 10    }}

算法解析与注意事项

1. 时间复杂度：构建 next 数组 O(m)，主匹配 O(n)，总时间复杂度 O(n + m)。

2. 空间复杂度：O(m)，用于存储 next 数组。

3. 该算法特别适合在大文本中多次搜索同一模式串的场景，因为 next 数组只需构建一次。

4. 注意边界条件，如空字符串、模式串比主串长等情况。

总结

KMP算法是字符串处理中的经典算法，掌握它不仅能提升编程能力，还能在面试和实际开发中解决高效查找问题。通过本文的详细讲解和 Java实现KMP 的完整代码，即使是编程小白也能理解其原理并动手实现。记住，理解 next 数组的构建逻辑是掌握 KMP 的关键！

希望这篇关于 KMP算法、字符串匹配、Java实现KMP 和 模式匹配算法 的教程对你有所帮助！