字符串匹配算法kmp的改进算法c语言

### KMP字符串匹配算法的改进版本及其C语言实现

#### 改进版KMP算法概述
传统的KMP算法已经能够有效地处理大多数字符串匹配问题，但在某些特定情况下仍存在优化空间。一种常见的改进步骤是在构建`next`数组时引入更高效的方法来跳过不可能成功的比较位置。

对于传统KMP中的`next`数组，在遇到不匹配情况时可以提供跳跃指导，使得模式串不必回溯到起始位置重新尝试匹配。然而，当面对大量重复字符或周期性结构较强的模式串时，标准方法可能不是最优解法[^1]。

为了进一步提升性能，可以在初始化阶段对`next`数组做额外预处理，创建所谓的“增强型”或“优化过的”`nextval`数组。这个新数组不仅记录了前缀长度信息，还考虑到了当前位之后是否存在相同的子序列，从而允许更大的步幅前进[^2]。

#### `nextval` 数组的构建逻辑
在构造`nextval[]`的过程中，除了遵循常规`next[]`规则外，还需检查当前位置j处与其对应的最长相等前后缀结尾k是否一致；如果两者相同，则令`nextval[j]=nextval[k]` ，否则保持不变即`nextval[j]=next[j]` 。这种调整有助于消除冗余移动并加快搜索速度[^3]。

下面是基于上述描述的一个完整的改进KMP算法C语言实现：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

void get_next_val(const char* pattern, int* nextVal){
    int length = strlen(pattern);
    int i = 0;
    int j = -1;
    nextVal[0]=-1;

    while (i<length-1){
        if(j==-1 || pattern[i]==pattern[j]){
            ++i;
            ++j;
            
            // 当前字符与对应最大公共前后缀最后一个字符不同则直接赋值
            if(pattern[i]!=pattern[j])
                nextVal[i]=j;
            else// 否则取其之前的最大公共前后缀的位置
                nextVal[i]=nextVal[j];
        }
        else{
            j=nextVal[j];    
        }
    }
}

int kmp_search(const char* text, const char* pattern,int* nextVal){
    int n=strlen(text),m=strlen(pattern);
    int i=-1,j=-1;
    
    while(i<n && j<m){
        if(-1==j||text[i]==pattern[j]){
            i++;
            j++;
        }else{
            j=nextVal[j];
        }

        if(m<=j) break;        
    }

    return ((n-i+m)>n)?-1:(i-m);
}

int main(){
    const char str[]="abcxabcdabcdabcy";
    const char pat[]="abcdabcy";

    int nextVal[strlen(pat)];
    memset(nextVal,-1,sizeof(int)*strlen(pat));

    get_next_val(pat,nextVal);

    printf("Pattern found at index %d\n",kmp_search(str,pat,nextVal));
}

此程序首先定义了一个辅助函数`get_next_val()`用于生成经过改良后的`nextVal[]`数组，接着实现了核心的`kmp_search()`函数来进行实际的字符串查找工作。最后，在`main()`入口点展示了如何调用这两个功能完成一次具体的匹配操作[^4]。