在代码实现之前，必须要知道的KMP算法

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2023-01-21 10:42:11

KMP算法：快速高效的字符串匹配神器

KMP算法简介

想象一下，你要在浩瀚的文本大海中寻找一个特定的单词或短语。传统的暴力匹配法就像一位盲人，一步一步地摸索着文本，逐一比较每个字符。而KMP算法则像一位经验丰富的侦探，通过构建一个巧妙的提示数组，大幅减少了不必要的比较次数。

KMP算法的原理

KMP算法的关键在于它构建了一个名为next 的数组。这个数组存储了当模式字符串的匹配失败时，下一个潜在匹配点的位置。换句话说，next数组告诉算法，如果当前匹配失败，它应该跳到哪里重新开始匹配。

这个技巧大幅提高了匹配的效率。因为当匹配失败时，我们不必从头开始，而是直接跳到next数组中指定的下一个位置继续匹配。这就像在迷宫中寻路，有了next数组的指引，我们不必每次都从起点重新开始，而是直接跳到正确的岔路口。

构建next数组

next数组的构建过程是递归的。对于模式字符串中的每个字符，它比较该字符及其前一个字符，然后将next数组中当前位置的值设置为前一个字符与当前字符相同时的前一个字符的next值。

如果前一个字符与当前字符不同，则算法会回溯，将当前字符的next值设置为前一个字符的前一个字符的next值。这个过程不断重复，直到算法到达模式字符串的第一个字符。

使用next数组进行匹配

在匹配过程中，KMP算法比较模式字符串的第一个字符与文本字符串的第一个字符。如果匹配成功，算法继续比较模式字符串的第二个字符与文本字符串的第二个字符。如果匹配失败，算法会查看next数组中模式字符串第一个字符的next值，并跳到文本字符串的该位置继续匹配。

这个过程不断重复，直到模式字符串的最后一个字符与文本字符串的最后一个字符进行比较。如果所有字符都匹配成功，则算法会返回匹配成功的起始位置。否则，算法会返回-1，表示匹配失败。

JavaScript代码实现

以下是用JavaScript实现的KMP算法的代码示例：

function kmp(str, pattern) {
  const next = buildNext(pattern);
  let i = 0;
  let j = 0;
  while (i < str.length) {
    if (str[i] === pattern[j]) {
      i++;
      j++;
      if (j === pattern.length) {
        return i - j;
      }
    } else {
      if (j > 0) {
        j = next[j - 1];
      } else {
        i++;
      }
    }
  }
  return -1;
}

function buildNext(pattern) {
  const next = [0];
  let i = 0;
  let j = 0;
  while (i < pattern.length - 1) {
    if (pattern[i] === pattern[j]) {
      j++;
      next[i + 1] = j;
      i++;
    } else {
      if (j > 0) {
        j = next[j - 1];
      } else {
        next[i + 1] = 0;
        i++;
      }
    }
  }
  return next;
}