【数据结构与算法——C语言】“串操作与算法”之“编写模式匹配算法”
目录
- 1. 实验内容及上机实验所用平台
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- 1.1 实验内容
- 1.2 实验平台软件
- 2. 设计描述与分析
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- 2.1 流程图
- 2.2 主要代码段
-
- 2.2.1 BF 算法
- 2.2.2 KMP 算法
- 2.3 源代码
-
- 2.3.1 BF 算法
- 2.3.2 KMP 算法
- 4. 调试过程
-
- 4.1 BF 算法
- 4.2 KMP 算法
- 5. 实验总结
1. 实验内容及上机实验所用平台
1.1 实验内容
【问题描述】
编写模式匹配算法，这里编写了 BF 算法和改进的 KMP 算法。
【输入形式】
| 主串s | 模式串t |
|---|---|
| “aaaabcaaaaabaaaaabc” | “aaaabaaaaabc” |
| “ababcabcacbab” | “abcac” |
| “aaabaaaab” | “aaaab” |
| “abcaabbabcabaacbacba” | “abcabaa” |
| “abcdabcdabcda” | “abcda” |
| “aabcaabababaca” | “ababac” |
| “abcdabcdabcdc” | “abcdc” |
| “abcabcabccddab” | “abcd” |
| “aabaabaabacaabaabaabacaabaabaabac” | “aabaabaac” |
| “a a a a a b” | “a a a b” |
【输出形式】
是否匹配，并输出模式串首字符在主串中的位置。
1.2 实验平台软件
Dev-C++.
2. 设计描述与分析
2.1 流程图
2.2 主要代码段
2.2.1 BF 算法
int BF(string s, string t) {
int i = 0, j = 0;
while(i < s.length() && j < t.length()) {
if (s[i] == t[j]) { // 若字符相同，i、j 后移
i++; j++;
}
else { // 否则 i 回到本轮开始的下一个字符，指向串 t 的下标 j 置为 0
i = i + 1 - j;
j = 0;
}
}
if (j == t.length()) return i - t.length(); // 若串 t 遍历完了，表示匹配成功，输出串 t 首位置在串 s 的位置
else return -1; // 否则没有匹配成功
}
2.2.2 KMP 算法
void getnextval(string t, int *nextval) { // 求模式串 t 的nextval
int j = 0, k = -1;
nextval[0] = -1; // 第一个 nextval 默认为 -1
while (j < t.length()) {
if (k == -1 || t[j] == t[k]) { // 若 k 为 -1 或者字符相同，j、k 后移
j++; k++;
if (t[j] != t[k]) nextval[j] = k; // 字符不同时，nextval 置为 k
else nextval[j] = nextval[k]; // 字符相同时，采用同一个 nextval
}
else k = nextval[k]; // 字符不同时，k 回退
}
}
int KMP(string s, string t) {
int len_s = s.length(), len_t = t.length(), *nextval = new int[len_t], i = 0, j = 0;
getnextval(t, nextval);
while(i < len_s && j < len_t) {
if (j == -1 || s[i] == t[j]) { // 若 j 为 -1 或者字符相同，i、j 后移
i++; j++;
}
else j = nextval[j]; // 若字符不同，则 j 回退，i 不变
}
if (j >= len_t) return i - len_t; // 若串 t 遍历完了，表示匹配成功，输出串 t 首位置在串 s 的位置
else return -1; // 否则没有匹配成功
}
2.3 源代码
需要先在源代码目录下新建 in.txt 文件，在此文件下输入要测试的数据。
2.3.1 BF 算法
#include
#include
using namespace std;
int BF(string s, string t) {
int i = 0, j = 0;
while(i < s.length() && j < t.length()) {
if (s[i] == t[j]) { // 若字符相同，i、j 后移
i++; j++;
}
else { // 否则 i 回到本轮开始的下一个字符，指向串 t 的下标 j 置为 0
i = i + 1 - j;
j = 0;
}
}
if (j == t.length()) return i - t.length(); // 若串 t 遍历完了，表示匹配成功，输出串 t 首位置在串 s 的位置
else return -1; // 否则没有匹配成功
}
int main() {
freopen("in.txt", "r", stdin);
string s, t, str, target1 = "“", target2 = "”";
int pos1, n1, pos2, n2, i = 0, val;
cout << "\t第1题 - 编写模式匹配算法（BF算法）\n\n\n";
cout << "--------------------------------------------------------------\n\n";
while (getline(cin, str)) {
printf("[%d] 样例输入：%s\n\n", ++i, str.c_str());
// 截取主串 s
pos1 = str.find(target1); // 找第一个左引号下标
pos2 = str.find(target2); // 找第一个右引号下标
s = str.substr(pos1+2, pos2-2); // 返回主串 s
// 将主串的引号删除，以便于截取模式串 t
n1 = target1.size(); // 取得左引号长度
str = str.erase(pos1, n1); // 删除第一个左引号
pos2 = str.find(target2); // 由于删除了第一个左引号，需要重新找第一个右引号下标
n2 = target2.size(); // 取得右引号长度
str = str.erase(pos2, n2); // 删除第一个右引号
// 截取模式串 t
pos1 = str.find(target1); // 找第二个左引号下标
pos2 = str.find(target2); // 找第二个右引号下标
t = str.substr(pos1+2, pos2-pos1-2); // 返回模式串 t
val = BF(s, t);
printf("[%d] 样例输出：", i);
if (val != -1) printf("匹配成功！模式串首字符在主串中的位置下标是：%d\n", val);
else printf("匹配不成功！\n");
cout << "\n==============================================================\n";
}
cout << "10个样例输出完毕！\n\n";
freopen("CON", "r", stdin); // 为了可直接查看exe可执行文件，需要将权限返回键盘
system("pause");
return 0;
}
2.3.2 KMP 算法
#include
#include
using namespace std;
void getnextval(string t, int *nextval) { // 求模式串 t 的nextval
int j = 0, k = -1;
nextval[0] = -1; // 第一个 nextval 默认为 -1
while (j < t.length()) {
if (k == -1 || t[j] == t[k]) { // 若 k 为 -1 或者字符相同，j、k 后移
j++; k++;
if (t[j] != t[k]) nextval[j] = k; // 字符不同时，nextval 置为 k
else nextval[j] = nextval[k]; // 字符相同时，采用同一个 nextval
}
else k = nextval[k]; // 字符不同时，k 回退
}
}
int KMP(string s, string t) {
int len_s = s.length(), len_t = t.length(), *nextval = new int[len_t], i = 0, j = 0;
getnextval(t, nextval);
while(i < len_s && j < len_t) {
if (j == -1 || s[i] == t[j]) { // 若 j 为 -1 或者字符相同，i、j 后移
i++; j++;
}
else j = nextval[j]; // 若字符不同，则 j 回退，i 不变
}
if (j >= len_t) return i - len_t; // 若串 t 遍历完了，表示匹配成功，输出串 t 首位置在串 s 的位置
else return -1; // 否则没有匹配成功
}
int main() {
freopen("in.txt", "r", stdin);
string s, t, str, target1 = "“", target2 = "”";
int pos1, n1, pos2, n2, i = 0, val;
cout << "\t第1题 - 编写模式匹配算法（KMP算法）\n\n\n";
cout << "--------------------------------------------------------------\n\n";
while (getline(cin, str)) {
printf("[%d] 样例输入：%s\n\n", ++i, str.c_str());
// 截取主串 s
pos1 = str.find(target1); // 找第一个左引号下标
pos2 = str.find(target2); // 找第一个右引号下标
s = str.substr(pos1+2, pos2-2); // 返回主串 s
// 将主串的引号删除，以便于截取模式串 t
n1 = target1.size(); // 取得左引号长度
str = str.erase(pos1, n1); // 删除第一个左引号
pos2 = str.find(target2); // 由于删除了第一个左引号，需要重新找第一个右引号下标
n2 = target2.size(); // 取得右引号长度
str = str.erase(pos2, n2); // 删除第一个右引号
// 截取模式串 t
pos1 = str.find(target1); // 找第二个左引号下标
pos2 = str.find(target2); // 找第二个右引号下标
t = str.substr(pos1+2, pos2-pos1-2); // 返回模式串 t
val = KMP(s, t);
printf("[%d] 样例输出：", i);
if (val != -1) printf("匹配成功！模式串首字符在主串中的位置下标是：%d\n", val);
else printf("匹配不成功！\n");
cout << "\n==============================================================\n";
}
cout << "10个样例输出完毕！\n\n";
freopen("CON", "r", stdin); // 为了可直接查看exe可执行文件，需要将权限返回键盘
system("pause");
return 0;
}
4. 调试过程
4.1 BF 算法
注：下标从 0 开始计算。
最后一个样例的空格也占一个字符位哦~
4.2 KMP 算法
5. 实验总结
本次实验让我对 string 容器有了更深的认识，学会了通过 string 容器的成员函数截取字符串，解决了上一次实验遗留的问题，也让我加深了 BF 算法和 KMP 算法的理解。