第五次作业：串的模式匹配
| 这个作业属于哪个课程 | https://edu.cnblogs.com/campus/qdu/DS2020 |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | https://edu.cnblogs.com/campus/qdu/DS2020/homework/11392 |
| 这个作业的目标 | 串的概念、串的模式匹配算法的实现 |
| 学号 | 2018204261 |
实验四：串的匹配模式
一、实验目的
1、了解串的基本概念
2、掌握串的模式匹配算法的实现
二、实验预习
说明以下概念
1、模式匹配：模式匹配是数据结构中字符串的一种基本运算，给定一个子串，要求在某个字符串中找出与该子串相同的所有子串，这就是模式匹配。
2、BF算法：BF算法，即暴力(Brute Force)算法，是普通的模式匹配算法，BF算法的思想就是将目标串S的第一个字符与模式串T的第一个字符进行匹配，若相等，则继续比较S的第二个字符和 T的第二个字符；若不相等，则比较S的第二个字符和T的第一个字符，依次比较下去，直到得出最后的匹配结果。
3、KMP算法：KMP算法是一种改进的字符串匹配算法，由D.E.Knuth，J.H.Morris和V.R.Pratt提出的，因此人们称它为克努特—莫里斯—普拉特操作（简称KMP算法）。KMP算法的核心是利用匹配失败后的信息，尽量减少模式串与主串的匹配次数以达到快速匹配的目的。具体实现就是通过一个next()函数实现，函数本身包含了模式串的局部匹配信息。KMP算法的时间复杂度O(m+n)
三、实验内容和要求
1、阅读并运行下面程序，根据输入写出运行结果。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct{
char data[MAXSIZE];
int length;
}SqString;
int strCompare(SqString *s1,SqString *s2);/*串的比较*/
void show_strCompare();
void strSub(SqString *s,int start,int sublen,SqString *sub);/*求子串*/
void show_subString();
int strCompare(SqString *s1,SqString *s2){
int i;
for(i=0;i<s1->length&&i<s2->length;i++)
if(s1->data[i]!=s2->data[i])
return s1->data[i]-s2->data[i];
return s1->length-s2->length;
}
void show_strCompare(){
SqString s1,s2;
int k;
printf("\n***show Compare***\n");
printf("input string s1:");
gets(s1.data);
s1.length=strlen(s1.data);
printf("input string s2:");
gets(s2.data);
s1.length=strlen(s2.data);
if(k=strCompare(&s1,&s2)==0)
printf("s1=s2\n");
else if(k<0)
printf("s1<s2\n");
else
printf("s1>s2\n");
printf("\n***show over***\n");
}
void strSub(SqString *s,int start,int sublen,SqString *sub){
int i;
if(start<1||start>s->length||sublen>s->length-start+1)
{
sub->length=0;
}
for(i=0;i<sublen;i++)
sub->data[i]=s->data[start+i-1];
sub->length=sublen;
}
void show_subString(){
SqString s,sub;
int start,sublen,i;
printf("\n***show subString***\n");
printf("input string s:");
gets(s.data);
s.length=strlen(s.data);
printf("input start:");
scanf("%d",&start);
printf("input sublen:");
scanf("%d",&sublen);
strSub(&s,start,sublen,&sub);
if(sub.length==0)
printf("ERROR!\n");
else
{
printf("subString is:");
for(i=0;i<sublen;i++)
printf("%c",sub.data[i]);
}
printf("\n***show over***\n");
}
int main(){
int n;
do{
printf("\n--String--\n");
printf("1.strCompare\n");
printf("2.subString\n");
printf("0.EXIT\n");
printf("\ninput choice:\n");
scanf("%d",&n);
getchar();
switch(n){
case 1:show_strCompare();break;
case 2:show_subString();break;
default:n=0;break;
}
}
while(n);
return 0;
}
·运行程序
输入：
1
student
students
2
Computer Data Stuctures
10
4
运行结果：
2、实现串的模式匹配算法。补充下面程序，实现串的BF和KMP算法。
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct{
char data[MAXSIZE];
int length;
}SqString;
int index_bf(SqString *s,SqString *t,int start);
void getNext(SqString *t,int next[]);
int index_kmp(SqString *s,SqString *t,int start,int next[]);
void show_index();
int index_bf(SqString *s,SqString *t,int start){
int i,j,pos;
if(t->length==0)
return(0);
pos=start;
i=pos;
j=0;
while(i<s->length&&j<t->length)
if(s->data[i]==t->data[j])
{
i++;j++;
}
else
{
pos++;
i=pos;
j=0;
}
if(j>t->length)
return(pos);
else
return(-1);
}
void getNext(SqString *t,int next[]){
int i=0,j=-1;
next[0]=-1;
while(i<t->length)
{
if(j==-1||(t->data[i]==t->data[j]))
{
i++;
j++;
next[i]=j;
}
else
j=next[j];
}
}
int index_kmp(SqString *s,SqString *t,int start,int next[]){
int i,j;
if(t->length=0)
return(0);
while(i<s->length&&j<t->length)
if(s->data[i]==t->data[j])
{
i++;j++;
}
else
j=next[j];
if(j>=t->length)
return(i-j);
else
return(-1);
}
void show_index(){
SqString s,t;
int k,next[MAXSIZE]={0},i;
printf("\n***show index***\n");
printf("input string s:");
gets(s.data);
s.length=strlen(s.data);
printf("input string t:");
gets(t.data);
t.length=strlen(s.data);
printf("input start position:");
scanf("%d",&k);
printf("BF:\nthe result of BF is %d\n",index_bf(&s,&t,k));
getNext(&t,next);
printf("KMP:\n");
printf("next[]:");
for(i=0,i<t.length;i++;)
printf("%3d",next[i]);
printf("\n");
printf("the result of KMP is %d\n",index_kmp(&s,&t,k,next));
printf("\n***show over***\n");
}
int main(){
show_index();
return 0;
}
输入：
abcaabbabcabaacbacba
abcabaa
1
运行结果：
四、实验小结
1、BF算法是直接的，是我们在解决模式匹配问题时较为直观的想法，没有过多的技巧，比较目标串的第一个字符和模式串的第一个字符，相同就比较目标串的第二个字符和模式串的第二个字符，不相同就比较目标串的第一个字符与模式串的第二个字符，直到相同为止。
2、KMP算法是基于BF算法改进的，在我们演示BF算法的过程中，我们会发现，存在着无用功的情况，我们并没有充分利用已知的信息，所以我们引入了前缀、后缀的概念，同时又定义了Next【i】，用它来表示第i个位置相同的最长前缀和后缀的长度。如果第i个位置匹配不成功，同过Next【i】，我们可以确定目标串移动的位数。
