如何应用数组实现字符串匹配 KMP 算法并实战构建部分匹配变量表

冰川箭仙

冰川箭仙

2026-05-13

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原创

kmp算法用lps数组存储模式串各前缀的最长相等真前后缀长度,构建时用双指针线性推导,匹配时主串指针不回溯,时间复杂度o(n+m)。

如何应用数组实现字符串匹配 kmp 算法并实战构建部分匹配变量表

用数组实现 KMP 算法,核心在于先用一个整型数组(常称 lpsnext)存好“部分匹配值”,再用它指导主串扫描时不回溯。关键不是背代码,而是理解数组每个位置代表什么、怎么一步步填出来。

部分匹配表到底存什么

对模式串 pattern,lps[i] 表示子串 pattern[0..i]最长相等真前缀与真后缀的长度。注意两点:

  • “真”指不能等于整个子串本身(即长度必须
  • 前缀从开头起,后缀到结尾止,二者内容完全相同

例如 pattern = "ABABAC":
- i=0 ("A") → 无真前后缀 → lps[0] = 0
- i=2 ("ABA") → 前缀{"A","AB"},后缀{"A","BA"} → 共同的是"A" → 长度1 → lps[2] = 1
- i=3 ("ABAB") → 前缀{"A","AB","ABA"},后缀{"B","AB","BAB"} → 共同的是"AB" → 长度2 → lps[3] = 2

构建 lps 数组的三步逻辑

不用递归、不暴力枚举所有前后缀,靠两个指针在线性时间内完成:

  • i 从 1 开始遍历 pattern 索引,len 记录当前已知的最长公共前后缀长度(初始为 0)
  • 若 pattern[i] == pattern[len] → 匹配成功,len 加 1,lps[i] = len,i 后移
  • 若不等:
     → 若 len > 0,说明前面还有更短的候选前缀,令 len = lps[len−1] 继续比(本质是跳转到上一个可能匹配的位置)
     → 若 len == 0,说明无更短前缀可试,lps[i] = 0,i 后移

实战填充示例:pattern = "ABABC"

逐位推演 lps 数组生成过程:

  • i=0:固定 lps[0] = 0,len = 0
  • i=1,pattern[1]='B',pattern[0]='A' ≠ → len=0 → lps[1]=0
  • i=2,pattern[2]='A',pattern[0]='A' = → len=1 → lps[2]=1
  • i=3,pattern[3]='B',pattern[1]='B' = → len=2 → lps[3]=2
  • i=4,pattern[4]='C',pattern[2]='A' ≠;此时 len=2>0 → len = lps[1] = 0;再比 pattern[4] vs pattern[0] → 'C'≠'A' → len=0 → lps[4]=0

最终 lps = [0,0,1,2,0] —— 这就是后续匹配时的跳转依据。

用 lps 数组做匹配的要点

匹配阶段同样用两个指针 i(主串)、j(模式串),遇到失配时:

  • 若 j > 0,不重置 j=0,而是 j = lps[j−1](利用已匹配信息滑动)
  • 若 j == 0,说明连首字符都不匹配,i 单独后移
  • 每次 pattern[j] == text[i] 时,j 和 i 同步前进;j 达到 pattern 长度即找到匹配

整个过程主串指针 i 从不回退,时间严格 O(n+m)。

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