一、實驗目的
1、瞭解串的基本概念
2、掌握串的模式匹配演算法的實現

二、實驗預習
說明以下概念
1、模式匹配：
資料結構中字串的一種基本運算，給定一個子串，要求在某個字串中找出與該子串相同的所有子串。
2、BF演算法：
BF演算法，即暴力(Brute Force)演算法，是普通的模式匹配演算法，BF演算法的思想就是將目標串S的第一個字元與模式串T的第一個字元進行匹配，若相等，則繼續比較S的第二個字元和 T的第二個字元；若不相等，則比較S的第二個字元和T的第一個字元，依次比較下去，直到得出最後的匹配結果。BF演算法是一種蠻力演算法。
3、KMP演算法：
KMP演算法是一種改進的字串匹配演算法，KMP演算法的核心是利用匹配失敗後的資訊，儘量減少模式串與主串的匹配次數以達到快速匹配的目的。具體實現就是通過一個next()函式實現，函式本身包含了模式串的區域性匹配資訊。
三、實驗內容和要求
1、閱讀並執行下面程式，根據輸入寫出執行結果。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct{
	char data[MAXSIZE];
	int length;
}SqString;

int strCompare(SqString *s1,SqString *s2); /*串的比較*/
void show_strCompare();
void strSub(SqString *s,int start,int sublen,SqString *sub); 
/*求子串*/
void show_subString();

int strCompare(SqString *s1,SqString *s2){
	int i;
	for(i=0;i<s1->length&&i<s2->length;i++)
		if(s1->data[i]!=s2->data[i])
			return s1->data[i]-s2->data[i];
	return s1->length-s2->length;
}
void show_strCompare(){
    SqString s1,s2;
    int k;
    printf("\n***show Compare***\n");
    printf("input string s1:");
    gets(s1.data);
    s1.length=strlen(s1.data);
    printf("input string s2:");
    gets(s2.data);
    s2.length=strlen(s2.data);
    if((k=strCompare(&s1,&s2))==0)
        printf("s1=s2\n");
    else if(k<0)
        printf("s1<s2\n");
    else
        printf("s1>s2\n");
    printf("\n***show over***\n");
}

void strSub(SqString *s,int start,int sublen,SqString *sub){
	int i;
	if(start<1||start>s->length||sublen>s->length-start+1){
		sub->length=0;
	}
	for(i=0;i<sublen;i++)
		sub->data[i]=s->data[start+i-1];
	sub->length=sublen;
}
void show_subString(){
    SqString s,sub;
    int start,sublen,i;
    printf("\n***show subString***\n");
    printf("input string s:");
    gets(s.data);
    s.length=strlen(s.data);
    printf("input start:");
    scanf("%d",&start);
    printf("input sublen:");
    scanf("%d",&sublen);
    strSub(&s,start,sublen,&sub);
    if(sub.length==0)
        printf("ERROR!\n");
    else{
        printf("subString is :");
        for(i=0;i<sublen;i++)
            printf("%c",sub.data[i]);
    }
    printf("\n***show over***\n");
}

int main(){
    int n;
    do {
        printf("\n---String---\n");
        printf("1. strCompare\n");
        printf("2. subString\n");
        printf("0. EXIT\n");
        printf("\ninput choice:");
        scanf("%d",&n);
        getchar();
        switch(n){
            case 1:show_strCompare();break;
            case 2:show_subString();break;
            default:n=0;break;
        }
    }while(n);
    return 0;
}
 

• 執行程式
  輸入：
  1
  student
  students
  2
  Computer Data Stuctures
  10
  4
  執行結果：
  
  2、實現串的模式匹配演算法。補充下面程式，實現串的BF和KMP演算法。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define MAXSIZE 100
typedef struct{
	char data[MAXSIZE];
	int length;
}SqString;

int index_bf(SqString *s,SqString *t,int start);
void getNext(SqString *t,int next[]);
int index_kmp(SqString *s,SqString *t,int start,int next[]);
void show_index();

int index_bf(SqString *s,SqString *t,int start){
	int i,j,pos; 
		if(t->length==0) return(0); 
		pos=start;i=pos;j=0; 
		while(i<s->length&&j<t->length) 
			if(s->data[i]==t->data[j]){i++;j++;} 
			else{pos++; 
				i=pos;j=0; 
			} 
			if(j>=t->length)return(pos); 
			else return(-1); 
} 

void getNext(SqString *t,int next[]){
	int i=0,j=-1;
	next[0]=-1;
	while(i<t->length){
		if((j==-1)||(t->data[i]==t->data[j])){
			i++;j++;next[i]=j;
		}else
			j=next[j];
      }
}

int index_kmp(SqString *s,SqString *t,int start,int next[]){
	int i,j; 
	if(t->length==0) return(0); 
	i=start;j=0; 
	while(i<s->length &&j<t->length ) 
	if(s->data [i]==t->data [j]) 
	{i++;j++;} 
	else  
		j=next[j]; 
		if(j>=t->length ) return (i-j); 
		else return (-1); 
}

void show_index(){
    SqString s,t;
    int k,next[MAXSIZE]={0},i;
    printf("\n***show index***\n");
    printf("input string s:");
    gets(s.data);
    s.length=strlen(s.data);
    printf("input string t:");
    gets(t.data);
    t.length=strlen(t.data);
    printf("input start position:");
    scanf("%d",&k);
    printf("BF:\nthe result of BF is %d\n",index_bf(&s,&t,k));
    getNext(&t,next);
    printf("KMP:\n");
    printf("next[]:");
    for(i=0;i<t.length;i++)
        printf("%3d",next[i]);
    printf("\n");
    printf("the result of KMP is %d\n",index_kmp(&s,&t,k,next));
    printf("\n***show over***\n");
}

int main(){
show_index();
return 0;
}
 

輸入：
abcaabbabcabaacbacba
abcabaa
1
執行結果：

四、實驗小結
關於串的抽象資料型別的定義主要為的就是將我們生活中可能用到的一些演算法給集合在一起體現程式設計當中問題的分解，在串當中抽象資料結構的定義更加關注的是怎麼去查詢子串的位置，怎麼得到指定位置的子串、替換子串等。瞭解串的基本概念，並掌握串的模式匹配演算法的實現。