数据结构串的基本操作及KMP算法

2019年3月17日 452次阅读 来源: KMP算法

将串的基本操作C语言实现，实现KMP算法算出NEXT函数和NEXTVAL的值。

SqString.h的基本内容

typedef int Status;
typedef struct
{
    unsigned char data[MAXSTRLEN+1];
    int length;
}SString;

Status StrInput(SString &S);
void StrAssign(SString &s,char cstr[]);
Status StrOutput(SString S);
Status Concat(SString &T, SString S1, SString S2);
Status SubString(SString &Sub, SString S, int pos, int len);
Status GetStrLength(SString S);
Status ClearStr(SString &S);
Status StrIsEmpty(SString S);
Status StrCopy(SString &T, SString S);
Status StrIndex(SString S, SString T, int pos);
bool StrCompare(SString S, SString T);
Status StrInsert(SString &S, int pos, SString T);
Status StrDelete(SString &S, int pos, int len);
Status DestroyStr(SString &S);
void get_next(SString S, int *next);
int KMP(SString S, SString T, int pos);

函数具体实现

① 初始化串（本文给了两种方法）
将所给字符串放入串S中或者从键盘输入字符串

void StrAssign(SString &s,char cstr[])
{
    int i;
    for (i=1;cstr[i-1]!='\0';i++)
        s.data[i]=cstr[i-1];
    s.length=i-1;
}
Status StrInput(SString &S)
{
    printf("请输入要输入的数量：\n");
    int n;
    scanf("%d",&n);
    int i;
    printf("请输入%d个字符：\n");
    getchar();
    for(i=0;i<n;i++)
        scanf("%c",&S.data[i+1]);
        S.length=n;
    return OK;
}

② 字符串的输出

//字符串的输出
Status StrOutput(SString S)
{
    int i;
    for(i=1;i<=S.length;i++)
        printf("%2c ",S.data[i]);
    printf("\n");
    return OK;
}




//  符串的拼接
Status Concat(SString &T, SString S1, SString S2)
{
    int i;
    bool uncut;
    if (S1.length + S2.length <= MAXSTRLEN)
    {
        for (i = 0; i <= S1.length; i++)
            T.data[i] = S1.data[i];
        for (i = S1.length + 1; i <= S1.length + S2.length; i++)
            T.data[i] = S2.data[i - S1.length];
        T.length = S1.length + S2.length;
        uncut = TRUE;
    }
    else if (S1.length<MAXSTRLEN)
    {
        for (i = 0; i <= S1.length; i++)
            T.data[i] = S1.data[i];
        for (i = S1.length + 1; i <= MAXSTRLEN; i++)
            T.data[i] = S2.data[i - S1.length];
        T.length = MAXSTRLEN;
        uncut = FALSE;
    }
    else
    {
        for (i = 0; i <= MAXSTRLEN; i++)
            T.data[i] = S1.data[i];
        uncut = FALSE;
    }
    return uncut;
}

//  返回需要的子字符串
Status SubString(SString &Sub, SString S, int pos, int len)
{
    int i;
    if (pos<1 || pos>S.length || len<0 || len>S.length - pos + 1)
        return ERROR;
    for (i = 1; i <= len; i++)
        Sub.data[i] = S.data[pos + i - 1];
    Sub.length = len;
    return OK;
}

//  询长度
Status GetStrLength(SString S)
{
    return S.length;
}
//  清除串
Status ClearStr(SString &S)
{
    int i;
    for (i = 1; i <= S.length; i++)
        S.data[i] = '\0';
    S.length = 0;
    return OK;
}
//  判断串是否为空
Status StrIsEmpty(SString S)
{
    if (S.length = 0)
        return 1;
    else
        return ERROR;
}
//  将串S复制给T
Status StrCopy(SString &T, SString S)
{
    int i;
    for (i = 0; i <= S.length; i++)
    {
        T.data[i] = S.data[i];
    }
    return OK;
}
//  搞复杂度查询子串
Status StrIndex(SString S, SString T, int pos)
{
    int i=pos+1,j=1;
    while(i<=S.length&&j<=T.length)
    {
        if(S.data[i]==T.data[j])
        {
            ++i;++j;
        }
        else
        {
            i=i-j+2;j=1;
        }
    }
    if(j>T.length)return i-T.length;
    else return FALSE;
}
//判断串是否相等
bool StrCompare(SString S, SString T)
{
    bool cmp=TRUE;;
    if (T.length != S.length)
        cmp=FALSE;
    else
    {
        int i;
        for(i=1;i<=T.length;i++)
        {
            if(T.data[i]!=S.data[i])
            {
                cmp=FALSE;break;
            }
        }
    }
    return cmp;
}
//串的插入
Status StrInsert(SString &S, int pos, SString T)
{
    int i;
    if (S.length + T.length > MAXSTRLEN || pos<=0 || pos>S.length)
        return ERROR;
    for (i = T.length + S.length; i >= S.length; i--)
        S.data[i] = S.data[i - T.length];
    for (i = 1; i <= T.length; i++)
        S.data[pos+i-1] = T.data[i];
    S.length+=T.length;
    return OK;
}



//串的删除
Status StrDelete(SString &S, int pos, int len)
{
    int i;
    if (pos<1 || pos>S.length || len<0 || len>S.length - pos + 1)
        return ERROR;
    for (i = pos; i <= pos+len; i++)
        S.data[i] = S.data[i + 1];
    S.length = S.length - len;
    return OK;
}//销毁串
Status DestroyStr(SString &S)
{
    int i;
    for (i = MAXSTRLEN; i >= 0; i--)
        free(S.data + i);
    return OK;
}

KMP算法部分，包括next函数和修正的nextval函数

void get_next(SString S, int *next)
{
    int i=1,j=0;
    next[1] = 0;
    while (i < S.length)
    {
        if (j == 0 || S.data[i] == S.data[j])
        {
            ++i;
            ++j;
            next[i] = j;
        }
        else{
            j = next[j];
        }
    }
    for(i=1;i<=S.length;i++)
        printf("%2d ",next[i]);
}



void get_nextval(SString T,int *nextval)
{
    int i=1;nextval[1]=0;
    int j=0;
    while(i<T.length)
    {
        if(j==0||T.data[i]==T.data[j])
        {
            ++i;++j;
            if(T.data[i]!=T.data[j])nextval[i]=j;
            else nextval[i]=nextval[j];
        }
        else j=nextval[j];
    }
    for(i=1;i<=T.length;i++)
        printf("%2d ",nextval[i]);
}


int KMP(SString S,SString T,int pos)
{
    int i = pos;
    int j = 1;
    int next[MAXSTRLEN];
    get_next(T, next);
    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 - T.length;
    else return 0;
}



int KMPval(SString S,SString T,int pos)
{
    int i = pos;
    int j = 1;
    int nextval[MAXSTRLEN];
    get_nextval(T, nextval);
    while (i <= S.length && j <= T.length){
        if (j == 0 || S.data[i] == T.data[j]){
            ++i;
            ++j;
        }
        else{
            j = nextval[j];
        }
    }
    if (j>T.length){
        return i - T.length;
    }
    else return 0;
}

《数据结构串的基本操作及KMP算法》
主函数部分：

int main(int argc, char* argv[])
{
    int j,pos=0;
    SString S,T;
    printf("----------------------------------------------------------\n");
    StrAssign(S,"ILOVEGOOGLENOW!");
    StrAssign(T,"GOOGLE");
    printf("S为:\n");StrOutput(S);
    printf("串S长度 %d ",GetStrLength(S));
    printf("\n");
    printf("T为:\n");StrOutput(T);
    printf("串S长度 %d ",GetStrLength(T));
    printf("\n");
    printf("----------------------------------------------------------\n");
    printf("简单匹配算法:\n");
    printf("t在s中的位置=%d\n",StrIndex(S,T,0));
    printf("----------------------------------------------------------\n");
    printf(" T ");
    StrOutput(T);
    printf(" next ");KMP(S,T,0);
    printf("\n");
    printf(" nextval");KMPval(S,T,0);
    printf("\n");
    printf("----------------------------------------------------------\n");
    printf("KMP算法:\nnext的值 ");
    printf(" \nt在s中的位置=%d\n",KMP(S,T,0));
    printf("----------------------------------------------------------\n");
    printf("修正KMP算法:\nnextval的值");
    printf(" \nt在s中的位置=%d\n",KMPval(S,T,0));
    printf("----------------------------------------------------------\n");
    return 0;
}

总结：

  1. 由于数组是unsigned char类型，如果像书上把S[0]存储数组长度不妥，类型不匹配，建议不使用，建议使用改进的结构体SString类型。
  2. 注意每个函数实现时，S.data[0]不作为存储，应该从1开始。
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    原文作者：KMP算法
    原文地址: https://blog.csdn.net/xyisv/article/details/76827380
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