第五次作业：串的模式匹配

这个作业属于哪个课程	数据结构
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	了解串大致的基本概念、掌握串的模式匹配算法的实现以及其相关算法的分析和编写
学号	2018204150

实验二 串的模式匹配

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。假设P是给定的子串，T是待查找的字符串，要求从T中找出与P相同的所有子串，这个问题成为模式匹配问题。P称为模式，T称为目标。如果T中存在一个或多个模式为P的子串，就给出该子串在T中的位置，称为匹配成功；否则匹配失败。
2、BF算法：BF算法，即暴力算法，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。BF算法是一种蛮力算法。
3、KMP算法：KMP算法是一种改进的字符串匹配算法，其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。BF算法在模式串中有多个字符和主串中的若干个连续字符比较都相等,但最后一个字符比较不相等时,主串的比较位置需要回退。KMP算法在上述情况下,主串位置不需要回退,从而可以大大提高效率。

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);
    s2.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:");
        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){//补充代码.....
	int i = start-1,j = 0;
	while(i<s->length&&j<t->length){
		if(s->data[i]==t->data[j]) {
			i++;
			j++;
		}else{
			i = i+1;
			j = 0;
		}
	}
	if(j>t->length-1) return i-t->length+1;
	return 0;
}

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[]){//补充代码.....
	int i = start-1,j = 0;
	while(i<s->length && j<t->length){
		if(j == -1||s->data[i]==t->data[j]){
			i++;
			j++;
		}else{
			j = next[j];
		}
	}
	if(j>=t->length) return i-j+1;
	else return 0;
}

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(t.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;
}

运行程序
输入：
abcaabbabcabaacbacba
abcabaa
1
运行结果：

四、实验小结

通过本次实验，熟练掌握了串的基本概念，了解了串的模式匹配及其的基本功能及应用，进而通过对BF算法和KMP算法的编写及分析，学习到了很多有用的技巧，这两个算法从原理的角度来讲比较简单，但是从算法的编写到实现这一过程却具有一定程度的困难，如果不上网去查询相应的资料，恐怕难以完成此次实验，所以继续加油！