4.串模式匹配(BF和KMP算法)

实验4-串模式匹配(BF和KMP算法)

实验目的

• 掌握串的定义及基本操作的实现；
• 掌握串的模式匹配算法及实现。

代码

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

#define OK 1
#define ERROR 0
#define OVERFLOW -2
#define MAX_STR_LEN 255 // 用户可在 255(1 个字节)以内定义最大串长

typedef int Status;
typedef char SString[MAX_STR_LEN + 1]; // 0 号单元存放串的长度

Status StrAssign(SString T, const char *chars)
{ //生成一个其值等于chars的串T
	int i;
	if (strlen(chars) > MAX_STR_LEN)
		return ERROR;

	T[0] = strlen(chars); //第1个单元存放串的长度
	for (i = 1; i <= T[0]; i++)
		T[i] = chars[i - 1];
	return OK;
}

void StrPrint(SString T)
{
	int i;
	for (i = 1; i <= T[0]; i++)
		cout << T[i];
	printf("\n");
}

int StrLength(SString S)
{
	return S[0];
}

//用T返回S1和S2联接而成的新串，若未截断，则返回TRUE，否则返回FALSE
bool Concat(SString T, SString S1, SString S2)
{
	int i;
	if (S1[0] + S2[0] <= MAX_STR_LEN)
	{ // 未截断
		for (i = 1; i <= S1[0]; i++)
			T[i] = S1[i];
		for (i = 1; i <= S2[0]; i++)
			T[S1[0] + i] = S2[i];
		T[0] = S1[0] + S2[0]; // 连接之后的长度
		return true;
	}
	else
	{ // 截断 S2
		for (i = 1; i <= S1[0]; i++)
			T[i] = S1[i];
		for (i = 1; i <= MAX_STR_LEN - S1[0]; i++)
			T[S1[0] + i] = S2[i];
		T[0] = MAX_STR_LEN;
		return false;
	}
}

//算法4.1　BF算法
int Index_BF(SString S, SString T, int pos)
{
	//返回模式T在主串S中第pos个字符之后第s一次出现的位置。若不存在，则返回值为0
	//其中，T非空，1≤pos≤StrLength(S)
	int i = pos;
	int j = 1;
	if (pos <= 0 || pos > StrLength(S)) // 确保 pos 有效
		return 0;

	while (i <= S[0] && j <= T[0])
	{
		if (S[i] == T[j])
		{
			i++;
			j++;
		} //继续比较后继字符
		else
		{
			i = i - j + 2;
			j = 1;
		} //指针后退重新开始匹配
	}
	if (j > T[0])
		return i - j + 1;
	else
		return 0;
	return 0;
} //Index

//算法4.3　计算next函数值
void get_next(SString T, int next[])
{ //求模式串T的next函数值并存入数组next
	int i = 1, j = 0;
	next[1] = 0; // next[0] 不存放数据
	while (i < T[0])
		if (j == 0 || T[i] == T[j])
		{
			i++;
			j++;
			next[i] = j;
		}
		else
			j = next[j];
} //get_next

//算法4.2　KMP算法
int Index_KMP(SString S, SString T, int pos, int next[])
{ // 利用模式串T的next函数求T在主串S中第pos个字符之后的位置的KMP算法
	//其中，T非空，1≤pos≤StrLength(S)
	if (pos <= 0 || pos > StrLength(S))
		return 0;
	int i = pos, j = 1;
	while (i <= S[0] && j <= T[0])
		if (j == 0 || S[i] == T[j]) // 继续比较后继字
		{
			i++;
			j++;
		}
		else
			j = next[j]; // 模式串向右移动
	if (j > T[0])		 // 匹配成功
		return i - j + 1;
	else
		return 0;
} //Index_KMP

//算法4.4　计算next函数修正值
void get_nextval(SString T, int nextval[])
{ // 求模式串T的next函数修正值并存入数组nextval
	int i = 1, j = 0;
	nextval[1] = 0;
	while (i < T[0])
		if (j == 0 || T[i] == T[j])
		{
			i++;
			j++;
			if (T[i] != T[j])
				nextval[i] = j;
			else
				nextval[i] = nextval[j];
		}
		else
			j = nextval[j];
} //get_nextval

int main()
{
	int i, *next;
	char ch1[80], ch2[80];
	SString S1, S2, S, SUB; // 定义串，第一个单元存储串的长度
	cout << "请输入第一个字符串:";
	cin >> ch1;
	StrAssign(S1, ch1);
	StrPrint(S1);

	cout << "请输入第二个字符串:";
	cin >> ch2;
	StrAssign(S2, ch2);
	StrPrint(S2);
	cout << "------------------------------------------------\n";
	cout << "第一个字符串长度为： " << StrLength(S1) << endl;
	cout << "第二个字符串长度为： " << StrLength(S2) << endl;

	cout << "\n============连接两个字符串构造主串==============\n";
	Concat(S, S1, S2); //用 S 返回 S1 和 S2 联接而成的新串
	cout << "主串长度为： " << StrLength(S) << endl;
	cout << "主串为： ";
	StrPrint(S);
	cout << "请输入子串:";
	cin >> ch2;
	StrAssign(SUB, ch2);
	cout << "子串长度为： " << StrLength(SUB) << endl;

	cout << "\n---------------BF 匹配算法及实现----------------\n";
	i = Index_BF(S, SUB, 1); // 利用算法 4.6 求得串 SUB 在 S 中首次匹配的位置 i
	if (i)
		printf("主串和子串在第%d 个字符处首次匹配\n", i);
	else
		printf("主串和子串匹配不成功\n");

	cout << "\n---------------KMP 匹配算法及实现---------------\n";
	next = new int[StrLength(SUB) + 1];
	get_next(SUB, next); // 利用算法 4.7，求得 next 数组，存于 next 中
	printf("子串的 next 数组为: ");
	for (i = 1; i <= StrLength(SUB); i++)
		cout << *(next + i);
	printf("\n");
	i = Index_KMP(S, SUB, 1, next); // 利用算法 4.6 求得串 SUB 在 S 中首次匹配的位置
	if (i)
		printf("主串和子串在第%d 个字符处首次匹配\n", i);
	else
		printf("主串和子串匹配不成功\n");

	cout << "\n--------------KMP改进匹配算法及实现-------------\n";
	get_nextval(SUB, next); // 利用算法 4.8，求得 next 数组，存于 next 中
	printf("子串的 nextval 数组为: ");
	for (i = 1; i <= StrLength(SUB); i++)
		cout << *(next + i);
	printf("\n");
	i = Index_KMP(S, SUB, 1, next); // 利用算法 4.6 求得串 SUB 在 S 中首次匹配的位置 i
	if (i)
		printf("主串和子串在第%d 个字符处首次匹配\n", i);
	else
		printf("主串和子串匹配不成功\n");

	getchar();
	return 0;
}

运行截图

OOP版

还没写。。。