模式匹配应用

标签：应用   算法   

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
  
#define MAXSIZE 60  
  
typedef struct  
{  
    char str[MAXSIZE];  
    int length;  
}SeqString;  
  
  
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 StrAssign(SeqString *S,char cstr[]);//串的赋值操作  
int StrEmpty(SeqString S);//判断串是否为空  
int StrLength(SeqString S);//求串的长度操作  
void StrCopy(SeqString *T,SeqString S);//串的复制操作  
int StrCompare(SeqString S,SeqString T);//串的比较操作  
int StrInsert(SeqString *S,int pos,SeqString T);//串的插入操作  
int StrDelete(SeqString *S,int pos,int len);//串的删除操作  
int StrConcat(SeqString *T,SeqString S);//串的连接操作  
int SubString(SeqString *Sub,SeqString S,int poos,int len);//截取子串操作  
int StrReplace(SeqString *S,SeqString T,SeqString V);//串的替换操作  
int StrIndex(SeqString S,int pos,SeqString T);//串的定位操作  
void StrClear(SeqString *S);//清空串操作  
void StrPrint(SeqString S);//串的输出声明  



#include "string.h"  
/*经典的模式匹配算法Brute-Force*/  
/*假设串采用顺序存储方式存储，则Brute-Force匹配算法如下*/  
  
int B_FIndex(SeqString S,int pos,SeqString T,int *count)  
/*在主串S中的第pos个位置开始查找子串T，如果找到，返回子串在主串中的位置；否则返回-1*/  
{  
    int i,j;  
    i = pos-1;  
    j = 0;  
    *count = 0;  
    while(i < S.length && j < T.length)  
    {  
        if(S.str[i] == T.str[j])  
            /*如果串S和串T中对应的位置的字符相等，则继续比较下一个字符*/  
        {  
            i++;  
            j++;  
        }  
        else  
            /*如果当前对应位置的字符不相等，则从串S的下一个字符开始，从T的第0个字符开始比较*/  
        {  
            i = i-j+1;  
            j = 0;  
        }  
        (*count)++;  
    }  
    if(j >= T.length)  
        /*如果在串S中找到串T，则返回子串T在主串S中的位置*/  
    {  
        return i-j+1;  
    }  
    else  
    {  
        return -1;  
    }  
}  
  
/*KMP算法*/  
/*KMP算法思想*/  
/*利用模式串T的next函数值求T在主串S中的第pos个字符之间的位置的KMP算法描述如下：*/  
  
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(-1 == j || S.str[i] == T.str[j])  
            /*如果j=-1或当前字符相等，则继续比较后面的字符*/  
        {  
            i++;  
            j++;  
        }  
        else/*如果当前字符不相等，则将模式串向右移动*/  
        {  
            j = next[j];/*数组next保存next函数值*/  
        }  
        (*count)++;  
    }  
    if(j >= T.length)/*匹配成功，则返回子串T在主串S中的位置，否则返回-1*/  
    {  
        return i-T.length+1;  
    }  
    else  
    {  
        return -1;  
    }  
}  
  
/*求next函数值*/  
/*算法描述如下*/  
void GetNext(SeqString T,int next[])  
{  
    int j,k;  
    j = 0;  
    k = -1;  
    next[0] = -1;  
    while(j < T.length)  
    {  
        if(-1 == k || T.str[j] == T.str[k])  
        {  
            j++;  
            k++;  
            next[j] = k;  
        }  
        else  
        {  
            k = next[k];  
        }  
    }  
}  
  
/*改进算法如下*/  
void GetNextVal(SeqString T,int nextval[])  
{  
    int j,k;  
    j = 0;  
    k = -1;  
    nextval[0] = -1;  
    while(j < T.length)  
    {  
        if(-1 == k || T.str[j] == T.str[k])  
        {  
            j++;  
            k++;  
            if(T.str[j] != T.str[k])  
            {  
                nextval[j] = k;  
            }  
            else  
            {  
                nextval[j] = nextval[k];  
            }  
        }  
        else  
        {  
            k = nextval[k];  
        }  
    }  
}  
  
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");  
    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");  
}  
void StrAssign(SeqString *S,char cstr[])//串的赋值操作(将常量cstr中的字符赋值给串S)  
{  
    int i = 0;  
    for(i = 0;cstr[i]!='\0';i++)  
    {  
        S->str[i] = cstr[i];  
    }  
    S->length = i;  
}  
int StrEmpty(SeqString S)//判断串是否为空  
{  
    if(S.length == 0)  
    {  
        return 1;  
    }  
    else  
    {  
        return 0;  
    }  
}  
int StrLength(SeqString S)//求串的长度操作  
{  
    return S.length ;  
}  
void StrCopy(SeqString *T,SeqString S)//串的复制操作(将串S中的每一个字符赋给T)  
{  
    int i;  
    for(i = 0;i < S.length ;i++)  
    {  
        T->str[i] = S.str[i];  
    }  
    T->length = S.length ;  
}  
int StrCompare(SeqString S,SeqString T)//串的比较操作  
{  
    int i;  
    for(i = 0;i < S.length&&i < T.length ;i++)//比较两个串中的字符  
    {  
        if(S.str[i] != T.str[i])//如果出现字符不同，则返回两个字符的差值  
        {  
            return (S.str[i]-T.str[i]);  
        }  
    }  
    return (S.length - T.length);//如果比较完毕，返回两个字符串的长度的差值  
}  
int StrInsert(SeqString *S,int pos,SeqString T)//串的插入操作(在串S的pos个位置插入串T)  
{  
    int i;  
    if(pos < 0 || pos-1 > S->length)  
    {  
        printf("插入位置不正确\n");  
        return 0;  
    }  
    if(S->length + T.length <= MAXSIZE)//子串完整插入到串中  
    {  
        //在插入子串T前，将S中的pos后的字符向后移动len个位置  
        for(i = S->length+T.length-1;i >= pos+T.length-1;i--)  
        {  
            S->str[i] = S->str[i-T.length];  
        }  
        //将串插入到S中  
        for(i = 0;i < T.length ;i++)  
        {  
            S->str[pos+i-1] = T.str[i];  
        }  
        S->length = S->length +T.length ;  
        return 1;  
    }  
    else if(pos +T.length <= MAXSIZE)//子串完全插入S中，但是S中的字符会被截断  
    {  
        for(i = MAXSIZE-1;i > T.length +pos-1;i--)  
        {  
            S->str[i] = S->str[i-T.length];  
        }  
        for(i = 0;i < T.length ;i++)  
        {  
            S->str[i+pos-1] = T.str[i];  
        }  
        S->length = MAXSIZE;  
        return 0;  
    }  
    else//子串T不能完全插入到S中，T将会有字符被舍弃  
    {  
        for(i = 0;i < MAXSIZE-pos;i++)  
        {  
            S->str[i+pos-1] = T.str[i];  
        }  
        S->length = MAXSIZE;  
        return 0;  
    }  
}  
int StrDelete(SeqString *S,int pos,int len)//串的删除操作(在串S中删除pos开始的len个字符,然后将后面的字符向前移动)  
{  
    int i,flag;  
    if(pos < 0 || len < 0 || pos+len-1 > S->length)  
    {  
        printf("删除位置不正确，参数len不合法\n");  
        flag = 0;  
    }  
    else  
    {  
        for(i = pos+len;i <= S->length-1;i++)  
        {  
            S->str[i-len] = S->str[i];  
        }  
        S->length = S->length -len;//修改串S的长度  
        flag = 1;  
    }  
    return flag;  
}  
int StrConcat(SeqString *T,SeqString S)//串的连接操作(将串S连接在串T的后面)  
{  
    int i,flag;  
    if(T->length +S.length <= MAXSIZE)  
    {  
        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 < MAXSIZE)  
    {  
        for(i = T->length ;i < MAXSIZE;i++)  
        {  
            T->str[i] = S.str[i-T->length];  
        }  
        T->length = MAXSIZE;  
        flag = 0;  
    }  
    return flag;  
}  
int SubString(SeqString *Sub,SeqString S,int pos,int len)//截取子串操作(截取串S中从第pos个字符开始，长度为len的连续字符，并赋值给Sub)  
{  
    int i;  
    if(pos < 0 || len < 0 || pos+len-1 > S.length)  
    {  
        printf("参数pos和len不合法\n");  
        return 0;  
    }  
    else  
    {  
        for(i = 0;i < len;i++)  
        {  
            Sub->str[i] = S.str[i+pos-1];  
        }  
        Sub->length = len;  
        return 1;  
    }  
}  
int StrIndex(SeqString S,int pos,SeqString T)//串的定位操作(在主串S中的第pos个位置开始查找子串T,如果主串S中存在与串T值相等的子串，返回子串在主串第pos个字符后第一次出现的位置)  
{  
    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//如果当前对应位置的字符不相等，则从串S的下一个字符开始，从T的第0个字符开始比较  
        {  
            i = i-j+1;  
            j = 0;  
        }  
    }  
    if(j >= T.length)//如果在串S中找到串T，则返回子串T在主串S中的位置  
    {  
        return i-j+1;  
    }  
    else  
    {  
        return -1;  
    }  
}  
int StrReplace(SeqString *S,SeqString T,SeqString V)//串的替换操作(如果串S中存在子串T，则用V替换串S中的所有子串T)  
{  
    int flag;  
    int i = 0;  
    if(StrEmpty(T))  
    {  
        return 0;  
    }  
    while(i)  
    {  
        i = StrIndex(*S,i,T);//利用串的定位操作在串S中查找T的位置  
        if(i)  
        {  
            StrDelete(S,i,StrLength(T));//如果找到子串T,则将S中的串T删除  
            flag = StrInsert(S,i,V);//将V插入  
            if(!flag)  
            {  
                return 0;  
            }  
            i += StrLength(V);  
        }  
    }  
    return 1;  
}  
void StrClear(SeqString *S)//清空串操作  
{  
    S->length = 0;  
}  
void StrPrint(SeqString S)//串的输出声明  
{  
    int i;  
    for(i = 0;i < S.length ;i++)  
    {  
        printf("%c",S.str[i]);  
    }  
    printf("\n");  
}  



#include "string.h"  
  
int main(void)  
{  
    SeqString S,T;  
    int count1 = 0;  
    int count2 = 0;  
    int count3 = 0;  
    int find;  
    int next[40];  
    int nextval[40];  
    StrAssign(&S,"abaababaddecab");  
    StrAssign(&T,"abad");  
    GetNext(T,next);  
    GetNextVal(T,nextval);  
    printf("模式串T的next和改进后的next的值：\n");  
    PrintArray(T,next,nextval,StrLength(T));  
    find = B_FIndex(S,1,T,&count1);  
    if(find > 0)  
    {  
        printf("Brute-Force算法的比较次数为:%2d\n",count1);  
    }  
    find = KMP_Index(S,1,T,next,&count2);  
    if(find > 0)  
    {  
        printf("利用next的KMP算法的比较次数为:%2d\n",count2);  
    }  
    find = KMP_Index(S,1,T,nextval,&count3);  
    if(find > 0)  
    {  
        printf("利用nextval的KMP算法的比较次数为:%2d\n",count3);  
    }  
    StrAssign(&S,"cbccccbcacbccbacbccbcbcbc");  
    StrAssign(&T,"cbccbcbc");  
    GetNext(T,next);  
    GetNextVal(T,nextval);  
    printf("模式串T的next和改进后的next的值：\n");  
    PrintArray(T,next,nextval,StrLength(T));  
    find = B_FIndex(S,1,T,&count1);  
    if(find > 0)  
    {  
        printf("Brute-Force算法的比较次数为:%2d\n",count1);  
    }  
    find = KMP_Index(S,1,T,next,&count2);  
    if(find > 0)  
    {  
        printf("利用next的KMP算法的比较次数为:%2d\n",count2);  
    }  
    find = KMP_Index(S,1,T,nextval,&count3);  
    if(find > 0)  
    {  
        printf("利用nextval的KMP算法的比较次数为:%2d\n",count3);  
    }  
    return 0;  
}  

运行结果如下：

模式匹配应用

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