_DataStructure_C_Impl:KMP模式匹配

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include"SeqString.h"
/*函数的声明*/
int B_FIndex(SeqString S,int pos,SeqString T,int *count);
int KMP_Index(SeqString S,int pos,SeqString T,int next[],int *count);
void GetNext(SeqString T,int next[]);
void GetNextVal(SeqString T,int nextval[]);
void PrintArray(SeqString T,int next[],int nextval[],int length);
void main(){
	SeqString S,T;
	int count1=0,count2=0,count3=0,find;
	int next[40],nextval[40];

	StrAssign(&S,"abaababaddecab");		/*给主串S赋值*/
	StrAssign(&T,"abad");				/*给模式串T赋值*/
	GetNext(T,next);					/*将next函数值保存在next数组*/
	GetNextVal(T,nextval);				/*将改进后的next函数值保存在nextval数组*/
	printf("模式串T的next和改进后的next值:\n");
	PrintArray(T,next,nextval,StrLength(T));	/*输出模式串T的next值与nextval值*/
	find=B_FIndex(S,1,T,&count1);				/*传统的模式串匹配*/
	if(find>0)
		printf("Brute-Force算法的比較次数为:%2d\n",count1);
	find=KMP_Index(S,1,T,next,&count2);
	if(find>0)
		printf("利用next的KMP算法的比較次数为:%2d\n",count2);
	find=KMP_Index(S,1,T,nextval,&count3);
	if(find>0)
		printf("利用nextval的KMP匹配算法的比較次数为:%2d\n",count3);

	StrAssign(&S,"cbccccbcacbccbacbccbcbcbc");	/*给主串S赋值*/
	StrAssign(&T,"cbccbcbc");					/*给模式串T赋值*/
	GetNext(T,next);							/*将next函数值保存在next数组*/
	GetNextVal(T,nextval);						/*将改进后的next函数值保存在nextval数组*/
	printf("模式串T的next和改进后的next值:\n");
	PrintArray(T,next,nextval,StrLength(T));	/*输出模式串T的next值域nextval值*/
	find=B_FIndex(S,1,T,&count1);				/*传统的模式串匹配*/
	if(find>0)
		printf("Brute-Force算法的比較次数为:%2d\n",count1);
	find=KMP_Index(S,1,T,next,&count2);
	if(find>0)
		printf("利用next的KMP算法的比較次数为:%2d\n",count2);
	find=KMP_Index(S,1,T,nextval,&count3);
	if(find>0)
		printf("利用nextval的KMP匹配算法的比較次数为:%2d\n",count3);
	system("pause");
}
//在主串S中的第pos个位置開始查找子串T，假设找到返回子串在主串的位置。否则，返回-1
int B_FIndex(SeqString S,int pos,SeqString T,int *count){
	int i,j;
	i=pos-1;
	j=0;
	*count=0;		//count保存主串与模式串的比較次数
	while(i<S.length&&j<T.length){
		if(S.str[i]==T.str[j]){	//假设串S和串T中相应位置字符相等，则继续比較下一个字符
			i++;
			j++;
		}else{		//假设当前相应位置的字符不相等，则从串S的下一个字符開始。T的第0个字符開始比較
			i=i-j+1;
			j=0;
		}
		(*count)++;
	}
	if(j>=T.length)
		return i-j+1;		//假设在S中找到串T，则返回子串T在主串S的位置
	else
		return -1;
}
//KMP模式匹配算法。利用模式串T的next函数在主串S中的第pos个位置開始查找子串T，假设找到返回子串在主串的位置。否则，返回-1
int KMP_Index(SeqString S,int pos,SeqString T,int next[],int *count){
	int i,j;
	i=pos-1;
	j=0;
	*count=0;
	while(i<S.length&&j<T.length){
		if(j==-1||S.str[i]==T.str[j]){
			i++;
			j++;
		}else
			j=next[j];
		(*count)++;
	}
	if(j>=T.length)
		return i-T.length+1;
	else 
		return -1;
}
//求模式串T的next函数值并存入数组next
void GetNext(SeqString T,int next[]){
	int j,k;
	j=0;
	k=-1;
	next[0]=-1;
	while(j<T.length){
		if(k==-1||T.str[j]==T.str[k]){		//假设k=-1或当前字符相等，则继续比較后面的字符并将函数值存入到next数组
			j++;
			k++;
			next[j]=k;
		}else
			k=next[k];	//假设当前字符不相等，则将模式串向右移动继续比較
	}
}
//求模式串T的next函数值的修正值并存入数组next
void GetNextVal(SeqString T,int nextval[]){
	int j,k;
	j=0;
	k=-1;
	nextval[0]=-1;
	while(j<T.length){
		if(k==-1||T.str[j]==T.str[k]){	//假设k=-1或当前字符相等，则继续比較后面的字符并将函数值存入到nextval数组
			j++;
			k++;
			if(T.str[j]!=T.str[k])		//假设所求的nextval[j]与已有的nextval[k]不相等，则将k存放在nextval中
				nextval[j]=k;
			else
				nextval[j]=nextval[k];
		}else			//假设当前字符不相等，则将模式串向右移动继续比較
			k=nextval[k];
	}
}
//模式串T的next值与nextval值输出函数
void PrintArray(SeqString T,int next[],int nextval[],int length){
	int j;
	printf("j:\t\t");
	for(j=0;j<length;j++)
		printf("%3d",j);
	printf("\n");
	printf("模式串:\t\t");
	for(j=0;j<length;j++)
		printf("%3c",T.str[j]);
	printf("\n");
	printf("next[j]:\t");
	for(j=0;j<length;j++)
		printf("%3d",next[j]);
	printf("\n");
	printf("nextval[j]:\t");
	for(j=0;j<length;j++)
		printf("%3d",nextval[j]);
	printf("\n");
}

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MaxLength 60
typedef struct{
	char str[MaxLength];
	int length;
}SeqString;
//串的赋值操作
void StrAssign(SeqString *S,char cstr[]){
	int i;
	for(i=0;cstr[i]!='\0';i++)
		S->str[i]=cstr[i];	//将常量cstr中的字符赋值给串S
	S->length=i;
}
//推断串是否为空，串为空返回1，否则返回0
int StrEmpty(SeqString S){
	if(S.length==0)
		return 1;
	else
		return 0;
}
//求串的长度操作
int StrLength(SeqString S){
	return S.length;
}
//串的复制操作
void StrCopy(SeqString *T,SeqString S){
	int i;
	for(i=0;i<S.length;i++)	//将串S的字符赋值给串T
		T->str[i]=S.str[i];
	T->length=S.length;	//将串S的长度赋值给串T
}
//串的比較操作
int StrCompare(SeqString S,SeqString T){	//比較两个串中的字符
	int i;
	for(i=0;i<S.length&&i<T.length;i++){		//比較两个串中的字符
		if(S.str[i]!=T.str[i])		//假设出现字符不同，则返回两个字符的差值
			return (S.str[i]-T.str[i]);
	}
	return (S.length-T.length);	//假设比較完成，返回两个串的长度的差值
}
//串的插入操作。在S中第pos个位置插入T分为三种情况
int StrInsert(SeqString *S,int pos,SeqString T){
	int i;
	if(pos<0||pos-1>S->length){	//插入位置不对，返回0
		printf("插入位置不对");
		return 0;
	}
	if(S->length+T.length<=MaxLength){	//第一种情况。插入子串后串长≤MaxLength。即子串T完整地插入到串S中
		for(i=S->length+T.length-1;i>=pos+T.length-1;i--)	//在插入子串T前。将S中pos后的字符向后移动len个位置
			S->str[i]=S->str[i-T.length];
		for(i=0;i<T.length;i++)	//将串插入到S中
			S->str[pos+i-1]=T.str[i];
		S->length=S->length+T.length;
		return 1;
	}else if(pos+T.length<=MaxLength){	//另外一种情况，子串能够全然插入到S中，可是S中的字符将会被截掉
		for(i=MaxLength-1;i>T.length+pos-i;i--)		//将S中pos以后的字符总体移动到数组的最后
			S->str[i]=S->str[i-T.length];
		for(i=0;i<T.length;i++)		//将T插入到S中
			S->str[i+pos-1]=T.str[i];
		S->length=MaxLength;
		return 0;
	}else{		//第三种情况，子串T不能被全然插入到S中，T中将会有字符被舍弃
		for(i=0;i<MaxLength-pos;i++)	//将T直接插入到S中。插入之前不须要移动S中的字符
			S->str[i+pos-1]=T.str[i];
		S->length=MaxLength;
		return 0;
	}
}
//在串S中删除pos開始的len个字符
int StrDelete(SeqString *S,int pos,int len){
	int i;
	if(pos<0||len<0||pos+len-1>S->length){
		printf("删除位置不对，參数len不合法");
		return 0;
	}else{
		for(i=pos+len;i<=S->length-1;i++)
			S->str[i-len]=S->str[i];
		S->length=S->length-len;
		return 1;
	}
}
//串的连接操作
int StrCat(SeqString *T,SeqString S){
	int i,flag;
	if(T->length+S.length<=MaxLength){
		for(i=T->length;i<T->length+S.length;i++)
			T->str[i]=S.str[i-T->length];
		T->length=T->length+S.length;
		flag=1;
	}else if(T->length<MaxLength){
		for(i=T->length;i<MaxLength;i++)
			T->str[i]=S.str[i-T->length];
		T->length=MaxLength;
		flag=0;
	}
	return flag;
}
//截取子串操作
int SubString(SeqString *Sub,SeqString S,int pos,int len){
	int i;
	if(pos<0||len<0||pos+len-1>S.length){
		printf("參数pos和len不合法");
		return 0;
	}else{
		for(i=0;i<len;i++)
			Sub->str[i]=S.str[i+pos-1];
		Sub->length=len;
		return 1;
	}
}
//串的定位操作
int StrIndex(SeqString S,int pos,SeqString T){
	int i,j;
	if(StrEmpty(T))
		return 0;
	i=pos;
	j=0;
	while(i<S.length&&j<T.length){
		if(S.str[i]==T.str[j]){
			i++;
			j++;
		}else{
			i=i-j+1;
			j=0;
		}
	}
	if(j>=T.length)
		return i-j+1;
	else 
		return 0;
}
//串的替换操作
int StrReplace(SeqString *S,SeqString T,SeqString V){
	//将S中全部的T替换为V
	int i;
	int flag;
	if(StrEmpty(T))
		return 0;
	i=0;
	do{
		i=StrIndex(*S,i,T);//找到T在S中的位置
		if(i){
			StrDelete(S,i,StrLength(T));	//删除找到的T
			flag=StrInsert(S,i,V);	//在i位置插入V
			if(!flag)
				return 0;
			i+=StrLength(V);
		}
	}while(i);
	return 1;
}
//串的清空操作
void StrClear(SeqString *S){
	S->length=0;
}
//===========
void StrPrint(SeqString S){
	int i;
	for(i=0;i<S.length;i++){
		printf("%c",S.str[i]);
	}
	printf("\n");
}