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探究字符串匹配算法：暴力法与KMP算法的Java实现

字符串匹配是计算机科学中的基本问题之一，它涉及在一个主串中查找特定的子串。在本文中，我们将深入探讨暴力法和KMP算法这两种常见的字符串匹配算法，并提供详细的Java代码示例。

1. 暴力法（Brute Force）

概念：暴力法是一种简单直观的字符串匹配算法。它在主串中逐个位置尝试匹配子串，如果匹配失败则将主串和子串的索引向后移动一位。

代码示例：

public class BruteForceMatcher {public static int bruteForceSearch(String text, String pattern) {int n = text.length();int m = pattern.length();for (int i = 0; i <= n - m; i++) {int j = 0;while (j < m && text.charAt(i + j) == pattern.charAt(j)) {j++;}if (j == m) {return i; // 匹配成功，返回索引}}return -1; // 未找到匹配}public static void main(String[] args) {String text = "ABABABAABCABAB";String pattern = "ABC";int index = bruteForceSearch(text, pattern);if (index != -1) {System.out.println("在索引 " + index + " 处找到匹配。");} else {System.out.println("未找到匹配。");}}
}

2. KMP算法

概念：KMP算法是一种高效的字符串匹配算法，它利用已经匹配过的信息来减少比较次数。它构建了一个部分匹配表（也称为最长前缀后缀表），用于在匹配过程中指导主串和子串的移动。

代码示例：

public class KMPMatcher {public static int[] computePrefixTable(String pattern) {int m = pattern.length();int[] prefixTable = new int[m];int j = 0;for (int i = 1; i < m; i++) {while (j > 0 && pattern.charAt(i) != pattern.charAt(j)) {j = prefixTable[j - 1];}if (pattern.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {j++;}prefixTable[i] = j;}return prefixTable;}public static int kmpSearch(String text, String pattern) {int n = text.length();int m = pattern.length();int[] prefixTable = computePrefixTable(pattern);int j = 0;for (int i = 0; i < n; i++) {while (j > 0 && text.charAt(i) != pattern.charAt(j)) {j = prefixTable[j - 1];}if (text.charAt(i) == pattern.charAt(j)) {j++;}if (j == m) {return i - m + 1; // 匹配成功，返回索引}}return -1; // 未找到匹配}public static void main(String[] args) {String text = "ABABABAABCABAB";String pattern = "ABC";int index = kmpSearch(text, pattern);if (index != -1) {System.out.println("在索引 " + index + " 处找到匹配。");} else {System.out.println("未找到匹配。");}}
}

本文深入探讨了暴力法和KMP算法这两种常见的字符串匹配算法。通过详细的Java代码示例和解释，我们希望您能更好地理解这些算法的原理和应用。