《C语言》字符串匹配(BF算法+KMP算法)

《C语言》字符串匹配(BF算法+KMP算法)字符串匹配【问题描述】对于字符串S和T,若T是S子串,返回T在S中的位置(T的首字符在S中对应的下标),否则返回-1.【问题求解】采用直接穷举法求解,称为BF算法。该算法从S的每一个字符开始查找,看T是否会出现。例如,S=“aababcde”,T=“abcd”:…

字符串匹配

【问题描述】
对于字符串S和T,若T是S的子串,返回T在S中的位置(T的首字符在S中对应的下标),否则返回-1.

【问题求解】

● ㈠ BF算法

该直接穷举算法从字符串S的每一个字符开始查找,看字符串T是否会出现。
第一步:把T[0] 跟S [0] 匹配,如果相同则匹配下一个字符;
第二步:当出现字符不相同,丢弃前面的已匹配信息 ,T[1] 跟 S[0]匹配,循环进行,直到主串结束,或者出现匹配成功的情况。
例如:S=“aababcde”,T=“abcd”;过程如下:
在这里插入图片描述

【BF算法代码】
#include<stdio.h> 
#include<string.h>
int BF(char s[],char t[])  //字符串匹配
{ 
    int i=0,j=0;
while (i<strlen(s)&&j<strlen(t))
{ 
   
	if(s[i]==t[j]){ 
           //比较两个字符串相同时 
		i++;
		j++;
	}
	else{ 
                     //比较两个字符串不相同时 
		i=i-j+1;           //i回退到原来i的下一个位置 
		j=0;               //j从0开始 
	}
 }
 if(j==strlen(t))          //t的字符比较完毕 
    return i-j;            //t是s的子串,返回位置 
 else                      //t不是s的子串 
    return -1;             //返回-1 
}
int main(){ 
   
	char S[]="abaacababcac";
	char T[]="ababc";
	printf("T在S中出现的起始位置: %d\n",BF(S,T));
}

【程序结果】
在这里插入图片描述
时间复杂度:O(n*m).
算法缺陷:丢弃前面的匹配信息的方法,极大地降低了匹配效率。

● ㈡ KMP算法

定义〗:Knuth-Morris-Pratt 字符串查找算法,简称为 “KMP算法”,常用于在一个文本串S内查找一个模式串T 的出现位置。
算法描述〗:

设主串T为:A B A A C A B A B C A C

模式串S为:A B A B C

第一次匹配
设主串T为:A B A A C A B A B C A C

模式串S为:A B A B C

①寻找前缀后缀最长公共元素长度 .
由于T[3]≠S[3],而T[0] ~T[2]相同;则移动找出最长的相同的前缀和后缀并使他们重叠,计算过程和方法如下表格所示:
在这里插入图片描述
[程序思想举例]
<1>.leni为用来比较的变量,pattern[i] == pattern[len],len++,prefix[i]=len的值,prefix[i] = len的值,i继续向下比较。
在这里插入图片描述
<2>.当pattern[i] ≠pattern[len]时,且len>0的情况下,向左逐次移动,再次进行循环比较,可计算得A代表的公共长度为1;直至结束即可
在这里插入图片描述

【算法代码①】
:prefix_table(前缀后缀最长公共元素长度表)

void prefix_table(char pattern[],int prefix[],int n){ 
    //1.要匹配的子串表,2.前缀表,3.表长 
	 prefix[0] = 0;	            //定义第一个字符最长公共长度为0;
	 int len = 0;               //用来比较的长度
	 int i   = 1;
	 while(i<n){ 
   
	 	if(pattern[i] == pattern[len]){ 
   
	 		len++;
	 		prefix[i] = len;
	 		i++;
		 }else{ 
                             //当pattern[i]≠pattern[len]时
		 	if(len > 0){ 
                     //避免向左校对时出界
		 		len = prefix[len - 1];    
		 }else{ 
                              
		 	prefix[i]=len;
		 	i++;
		 }
	   }
    } 
}

【程序结果】
在这里插入图片描述

②求next数组.
next 数组考虑的是除当前字符外的最长相同前缀后缀,所以通过第①步骤求得各个前缀后缀的公共元素的最大长度后,只要稍作变形即可:将第①步骤中求得的值整体右移一位,然后初值赋为-1,如下表格所示:
在这里插入图片描述
【算法代码②】
:Next(前缀移动方法)

void Next(int prefix[],int n){ 
     //前缀表移动 
	int i;
	for(i=n-1;i>0;i--){ 
   
		prefix[i]=prefix[i-1];
	}
	prefix[0]=-1;
}

【程序结果】
在这里插入图片描述

③根据next数组继续进行匹配.
<1>. 根据第一次匹配分析,当T[3]≠S[3],字符B对应的Next值=1,即移动S子串,S[1]移动于T[3]下,继续进行匹配;
在这里插入图片描述
<2>.当S[1]≠T[4]时,字符B对应的Next值=0,即将S[0]移动于T[4]下匹配;
<3>.当S[0]≠T[4]时,字符A对应的Next值=-1,即将虚拟的S[-1]向右移一位至T[4]下,等价于S[0]移动于T[5]下匹配;
<4>.匹配成功,继续寻找;匹配成功的最后一位字符C对应的Next值=2,把对应的S[2]移动于T[9]下匹配;
<5>.匹配结束;返回子串对应的起始位置:5。
匹配过程和方法表如下:
在这里插入图片描述

【KMP算法代码】

注==:完整算法代码

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<string.h>
void prefix_table(char pattern[],int prefix[],int n){ 
    //1.要匹配的子串表,2.前缀表,3.表长 
	 prefix[0] = 0;	   //定义第一个字符最长公共长度为0; 
	 int len = 0;      //用来比较的长度
	 int i   = 1;
	 while(i<n){ 
   
	 	if(pattern[i] == pattern[len]){ 
   
	 		len++;
	 		prefix[i] = len;
	 		i++;
		 }else{ 
   
		 	if(len > 0){ 
                   //避免向左校对时出界
		 		len = prefix[len - 1];  //当pattern[i]≠pattern[len]时
		 }else{ 
   
		 	prefix[i]=len;
		 	i++;
		 }
	   }
    } 
}

void Next(int prefix[],int n){ 
     //前缀表移动 
	int i;
	for(i=n-1;i>0;i--){ 
   
		prefix[i]=prefix[i-1];
	}
	prefix[0]=-1;
}

void kmp_search(char text[],char pattern[]) { 
     //text为母表,patter为子表
	int n=strlen(pattern);
	int m=strlen(text);
	int* prefix=(int*)malloc(sizeof(int)*n);  //创建数组
	prefix_table(pattern,prefix,n);
	Next(prefix,n);
	
	//text[i] 定位表示 len(text) =m
	//pattern[j], 定位表示len(pattern )= n 
	int i=0;
	int j=0;
	while(i<m){ 
   
		if(j == n-1 && text[i] == pattern[j]){ 
   
			printf("子串匹配于母串起始位置: %d\n",i-j);
			j=prefix[j];
		}
		if(text[i] == pattern[j]){ 
   
			i++;
			j++;
		}else{ 
   
			j=prefix[j];
			if(j==-1){ 
   
				i++;
				j++;
			}
		}
	}
}

int main(){ 
   
	char pattern[]="ABABC";
	char text[]   ="ABAACABABCAC";
	kmp_search (text,pattern);
	return 0;
} 

【算法结果】
在这里插入图片描述
时间复杂度:O(n+m).

假如李白会编程,夸张字符随意配;暴力美学最简易,KMP经典最美丽。

今天的文章《C语言》字符串匹配(BF算法+KMP算法)分享到此就结束了,感谢您的阅读。

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