【數據結構】——基於改進KMP算法的文件字符串查找

時間 2020-06-09

標籤數據結構基於改進 kmp 算法文件字符串查找欄目數據結構简体版

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題目要求

創建一個字符文件。從鍵盤輸入字符文件名以及子串，程序首先求取子串的nextval數組，而後用改進KMP算法在文件中查找子串，最後在屏幕上顯示輸出子串在文件中的匹配次數。若文件中無子串，輸出匹配次數爲0。ios

涉及知識點

串、改進KMP算法、字符串查找、模式匹配。算法

數據結構設計

用字符數組，定義兩個字符串：主串s和子串t。主串經過文件輸入保存，子串經過控制檯輸入。數組

算法設計簡要描述

串的模式匹配算法，與子串定位的算法概念相同，即在主串s中查找子串t(稱爲模式)第一次出現的起始位置。
經過改進KMP算法，能夠使得文件一次掃描的條件下，不遺漏地找到全部子串與主串成功匹配的位置下標，並記錄成功匹配的總次數。數據結構

程序代碼

#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;
void read(char *filename,char *s)        //讀取數據,filename代入不一樣的文件名,s爲主串
{
    char c;
    int i = 0;
    ifstream infile(filename);
    if (!infile)                           //打開文件失敗輸出提示信息
    {
        cout << "file open error!" << endl;
        exit(0);
    }
    while (1)                              //讀入字符，保存在主串中
    {
        infile >> c;
        if (infile.eof())
        break;
        s[i] = c;
        i++;
    }
    s[i] = '\0';
    cout << "主串爲: ";                    //輸出主串
    for (i = 0; i < strlen(s); i++)
        cout << s[i];
    cout << endl;
    infile.close();
}
void get_next(char *t, int next[])         //求next數組，t爲子串
{
    int j, k;
    next[0] = k = -1;
    j = 1;
    while (j <= strlen(t) + 1)             //爲避免文件回溯，求到next[m]值
    {
        if (k == -1 || t[j - 1] == t[k])
            next[j++] = ++k;
        else
            k = next[k];
    }
}
void get_nextval(char *t, int nextval[], int next[])    //求nextval數組，t爲子串
{
    int j, k;
    nextval[0] = k = -1;
    j = 1;
    while (t[j])
    {
        if (k == -1 || t[j - 1] == t[k])
            if (t[++k] == t[j])
                nextval[j++] = nextval[k];
            else
                nextval[j++] = k;
        else
            k = nextval[k];
    }
    nextval[strlen(t)] = next[strlen(t)];   //nextval[m]即爲next[m]的值
}
int index_kmp(char *s, char *t, int nextval[], int &num)    /*KMP算法:子串的模式匹配,s爲主                                             
                                                            串,t爲子串,num記錄匹配的次數*/
{
    int i, j, flag = 1, location;           /*flag爲標量，第一次匹配時flag爲1，不然flag爲                                         
                                            0，location記錄第一次匹配的位置下標*/
    i = j = 0;  
    while (s[i] && (j == -1 || t[j]))
    {
        if (j == -1 || s[i] == t[j])
        {
            i++;
            j++;
        }
        else
            j = nextval[j];
        if (!t[j])
        {
            if (flag == 1)                  //第一次匹配，location記錄匹配的位置下標
            {
                location = i - j;
                flag = 0;
                cout << "子串出現的位置分別爲: ";
            }
            cout << i - j << "   ";         //i - j爲每次匹配的位置下標
            j = nextval[strlen(t)];         //匹配成功後，j就從nextval[m]開始繼續查找
            num++;                          //num記錄匹配的次數
        }
    }
    if(flag == 1)                           //flag恆爲1表示沒有一次成功的匹配
    {
        location = -1;                      //location爲-1表示匹配失敗
        cout << "匹配失敗!";
    }
    cout << endl;
    return location;                        //返回第一次匹配的位置下標
}
 
int main()
{
    int nextval[20], next[20], i, location, num = 0;    /*location記錄第一次匹配的位置，
                                                        num記錄匹配的次數*/
    char t[20], s[20], filename[20];        //t爲子串，s爲主串，filename爲文件的名稱
    cout << "請輸入文件的名稱: ";
    cin >> filename;
    read(filename, s);                      //從文件中讀取主串
    cout << "請輸入子串: ";
    cin >> t;                               //輸入子串
    while (strlen(t) > strlen(s))           //輸入錯誤，從新輸入
    {
        cout << "輸入錯誤(子串長度大於主串長度),請從新輸入: ";
        cin >> t;
    }
    get_next(t, next);
    cout << "next數組爲:    ";
    for (i = 0; i < strlen(t) + 1; i++)     //next數組多一個元素，用來記錄子串回溯的位置
        cout << next[i] << "   ";
    get_nextval(t, nextval, next);
    cout << endl << "nextval數組爲: ";
    for (i = 0; i < strlen(t) + 1; i++)     //nextval[m]即爲next[m]的值，記錄子串回溯的位置
        cout << nextval[i] << "   ";
    cout << endl;
    location = index_kmp(s, t, nextval, num);
    if (location != -1)                     //location不爲1表示匹配成功
    {
        cout << "子串在主串中第一次出現的起始位置爲: " << location << endl;
        cout << "子串在主串中匹配的次數爲: " << num << endl;
    }
    return 0;
}