Data Structures.docx
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DataStructures
DataStructures’PracticeReport
Lab2
Patternmatchingalgorithmofstring
----KMP
Candidate:
TingChen
StudentIDNo:
075081-12
Major:
CommunicationEngineering
Supervisor:
RangZhongWu
FacultyofElectronicInformation&Mechanics
ChinaUniversityofGeosciences（WuHan）
No.388LumoRoad,WuhanCity,HuBeiProvince,430074,P.R.China
March2011
§1Introduction
Patternmatchingalgorithmofstring-KMP,Lordstringandpatternstringconductpatternmatching.ThealgorithmisnotBacktracking,anditisbasedonnextfunctionvalue.Sowemustcomputethevalueofnextfunction.
§2RuntimeEnvironment
Hardwareplatform:
MicrosoftwindowsXP
Professional版本2002Servicepack3
CpuT44002.20GHz
SoftWareplatform:
MicrosoftVisualC++
§3ADT
#include
#include
#include/*malloc（）等*/
#include/*INT_MAX等*/
#include/*EOF（=^Z或F6）,NULL*/
#include/*atoi（）*/
#include/*eof（）*/
#include/*floor（）,ceil（）,abs（）*/
#include/*exit（）*/
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineOK1
#defineERROR0
#defineINFEASIBLE-1
/*#defineOVERFLOW-2因为在math.h中已定义OVERFLOW的值为3,故去掉此行*/
typedefintStatus;/*Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等*/
typedefintBoolean;/*Boolean是布尔类型,其值是TRUE或FALSE*/
#defineMAXSTRLEN40/*用户可在255以内定义最大串长（1个字节）*/
typedefcharSString[MAXSTRLEN+1];/*0号单元存放串的长度*/
StatusStrAssign（SStringT,char*chars）;
StatusStrCopy（SStringT,SStringS）;
StatusStrEmpty（SStringS）;
intStrCompare（SStringS,SStringT）;
intStrLength（SStringS）;
StatusClearString（SStringS）;
StatusConcat（SStringT,SStringS1,SStringS2）;
StatusSubString（SStringSub,SStringS,intpos,intlen）;
intIndex（SStringS,SStringT,intpos）;
StatusStrInsert（SStringS,intpos,SStringT）;
StatusStrDelete（SStringS,intpos,intlen）;
StatusReplace（SStringS,SStringT,SStringV）;
voidDestroyString（）;
voidStrPrint（SStringT）;
voidget_next（SStringT,intnext[]）;
intIndex_KMP（SStringS,SStringT,intpos,intnext[]）;
§4DebugingandExperimentalResult
§5Summary
First,weknowthatKMPisaPatternmatchingalgorithmofstring,Lordstringandpatternstringconductpatternmatching.ThealgorithmisnotBacktracking,anditisbasedonnextfunctionvalue.Sowemustcomputethevalueofnextfunction.Whenwecomputethenextfunctionvalue,weshouldknowifPk=Pj?
Thenweknowifwecanusenext[j+1]=next[j]+1,thenweknowwhatcanwedonextstep.
§6ProgramList
InterfaceFile
#ifndefKMP_H
#defineKMP_H
#include
#include
#include/*malloc（）等*/
#include/*INT_MAX等*/
#include/*EOF（=^Z或F6）,NULL*/
#include/*atoi（）*/
#include/*eof（）*/
#include/*floor（）,ceil（）,abs（）*/
#include/*exit（）*/
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineOK1
#defineERROR0
#defineINFEASIBLE-1
/*#defineOVERFLOW-2因为在math.h中已定义OVERFLOW的值为3,故去掉此行*/
typedefintStatus;/*Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等*/
typedefintBoolean;/*Boolean是布尔类型,其值是TRUE或FALSE*/
#defineMAXSTRLEN40/*用户可在255以内定义最大串长（1个字节）*/
typedefcharSString[MAXSTRLEN+1];/*0号单元存放串的长度*/
StatusStrAssign（SStringT,char*chars）;
StatusStrCopy（SStringT,SStringS）;
StatusStrEmpty（SStringS）;
intStrCompare（SStringS,SStringT）;
intStrLength（SStringS）;
StatusClearString（SStringS）;
StatusConcat（SStringT,SStringS1,SStringS2）;
StatusSubString（SStringSub,SStringS,intpos,intlen）;
intIndex（SStringS,SStringT,intpos）;
StatusStrInsert（SStringS,intpos,SStringT）;
StatusStrDelete（SStringS,intpos,intlen）;
StatusReplace（SStringS,SStringT,SStringV）;
voidDestroyString（）;
voidStrPrint（SStringT）;
voidget_next（SStringT,intnext[]）;
intIndex_KMP（SStringS,SStringT,intpos,intnext[]）;
#endif
implementationfile
#include"kmp.h"
StatusStrAssign（SStringT,char*chars）
{/*生成一个其值等于chars的串T*/
inti;
if（strlen（chars）>MAXSTRLEN）
returnERROR;
else
{
T[0]=strlen（chars）;
for（i=1;i<=T[0];i++）
T[i]=*（chars+i-1）;
returnOK;
}
}
StatusStrCopy（SStringT,SStringS）
{/*由串S复制得串T*/
inti;
for（i=0;i<=S[0];i++）
T[i]=S[i];
returnOK;}
StatusStrEmpty（SStringS）
{/*若S为空串,则返回TRUE,否则返回FALSE*/
if（S[0]==0）
returnTRUE;
else
returnFALSE;
}
intStrCompare（SStringS,SStringT）
{/*初始条件:
串S和T存在*/
/*操作结果:
若S>T,则返回值>0;若S=T,则返回值=0;若Sinti;
for（i=1;i<=S[0]&&i<=T[0];++i）
if（S[i]!
=T[i]）
returnS[i]-T[i];
returnS[0]-T[0];
}
intStrLength（SStringS）
{/*返回串的元素个数*/
returnS[0];
}
StatusClearString（SStringS）
{/*初始条件:
串S存在。
操作结果:
将S清为空串*/
S[0]=0;/*令串长为零*/
returnOK;
}
StatusConcat（SStringT,SStringS1,SStringS2）/**/
{/*用T返回S1和S2联接而成的新串。
若未截断，则返回TRUE，否则FALSE*/
inti;
if（S1[0]+S2[0]<=MAXSTRLEN）
{/*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];
returnTRUE;
}
else
{/*截断S2*/
for（i=1;i<=S1[0];i++）
T[i]=S1[i];
for（i=1;i<=MAXSTRLEN-S1[0];i++）
T[S1[0]+i]=S2[i];
T[0]=MAXSTRLEN;
returnFALSE;
}
}
StatusSubString（SStringSub,SStringS,intpos,intlen）
{/*用Sub返回串S的第pos个字符起长度为len的子串。
*/
inti;
if（pos<1||pos>S[0]||len<0||len>S[0]-pos+1）
returnERROR;
for（i=1;i<=len;i++）
Sub[i]=S[pos+i-1];
Sub[0]=len;
returnOK;
}
intIndex（SStringS,SStringT,intpos）
{/*返回子串T在主串S中第pos个字符之后的位置。
若不存在,则函数值为0。
*/
/*其中,T非空,1≤pos≤StrLength（S）。
*/
inti,j;
if（1<=pos&&pos<=S[0]）
{
i=pos;
j=1;
while（i<=S[0]&&j<=T[0]）
if（S[i]==T[j]）/*继续比较后继字符*/
{
++i;
++j;
}
else/*指针后退重新开始匹配*/
{
i=i-j+2;
j=1;
}
if（j>T[0]）
returni-T[0];
else
return0;
}
else
return0;}
StatusStrInsert（SStringS,intpos,SStringT）
{/*初始条件:
串S和T存在,1≤pos≤StrLength（S）+1*/
/*操作结果:
在串S的第pos个字符之前插入串T。
完全插入返回TRUE,部分插入返回FALSE*/
inti;
if（pos<1||pos>S[0]+1）
returnERROR;
if（S[0]+T[0]<=MAXSTRLEN）
{/*完全插入*/
for（i=S[0];i>=pos;i--）
S[i+T[0]]=S[i];
for（i=pos;iS[i]=T[i-pos+1];
S[0]=S[0]+T[0];
returnTRUE;
}
else
{/*部分插入*/
for（i=MAXSTRLEN;i<=pos;i--）
S[i]=S[i-T[0]];
for（i=pos;iS[i]=T[i-pos+1];
S[0]=MAXSTRLEN;
returnFALSE;
}
}
StatusStrDelete（SStringS,intpos,intlen）
{/*初始条件:
串S存在,1≤pos≤StrLength（S）-len+1*/
/*操作结果:
从串S中删除第pos个字符起长度为len的子串*/
inti;
if（pos<1||pos>S[0]-len+1||len<0）
returnERROR;
for（i=pos+len;i<=S[0];i++）
S[i-len]=S[i];
S[0]-=len;
returnOK;
}
StatusReplace（SStringS,SStringT,SStringV）
{/*初始条件:
串S,T和V存在,T是非空串（此函数与串的存储结构无关）*/
/*操作结果:
用V替换主串S中出现的所有与T相等的不重叠的子串*/
inti=1;/*从串S的第一个字符起查找串T*/
if（StrEmpty（T））/*T是空串*/
returnERROR;
do
{
i=Index（S,T,i）;/*结果i为从上一个i之后找到的子串T的位置*/
if（i）/*串S中存在串T*/
{
StrDelete（S,i,StrLength（T））;/*删除该串T*/
StrInsert（S,i,V）;/*在原串T的位置插入串V*/
i+=StrLength（V）;/*在插入的串V后面继续查找串T*/
}
}while（i）;
returnOK;
}
voidDestroyString（）
{/*由于SString是定长类型,无法销毁*/
}
voidStrPrint（SStringT）
{/*输出字符串T。
另加*/
inti;
for（i=1;i<=T[0];i++）
printf（"%c",T[i]）;
printf（"\n"）;
}
voidget_next（SStringT,intnext[]）
{/*求模式串T的next函数值并存入数组next*/
inti=1,j=0;
next[1]=0;
while（iif（j==0||T[i]==T[j]）
{
++i;
++j;
next[i]=j;
}
else
j=next[j];
}
intIndex_KMP（SStringS,SStringT,intpos,intnext[]）
{/*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）。
*/
inti=pos,j=1;
while（i<=S[0]&&j<=T[0]）
if（j==0||S[i]==T[j]）/*继续比较后继字符*/
{
++i;
++j;
}
else/*模式串向右移动*/
j=next[j];
if（j>T[0]）/*匹配成功*/
returni-T[0];
else
return0;
}
Drivefile
#include"kmp.h"
voidmain（）
{
inti,j,*p;
SStrings1,s2;
StrAssign（s1,"ababababcabcbcc"）;
printf（"masterstringis:
"）;
StrPrint（s1）;
StrAssign（s2,"abcacba"）;
printf（"substring:
"）;
StrPrint（s2）;
i=StrLength（s2）;
p=（int*）malloc（（i+1）*sizeof（int））;/*creatnextarrayofs2*/
get_next（s2,p）;
printf（"nextfunctionofsubstringis:
"）;
for（j=1;j<=i;j++）
printf（"%d",*（p+j））;
printf（"\n"）;
i=Index_KMP（s1,s2,1,p）;
if（i）
printf（"masterstringandsubstringfirstmatchat%dcharacter\n",i）;
else
printf（"thematchingbetweenmasterstringandsubstringisfailed\n"）;
}
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