数据结构串实验报告

实验报告实验三串实验目的：1. 熟悉串类型的实现方法，了解简单文字处理的设计方法；2. 熟悉C语言的字符和把字符串处理的原理和方法；3. 熟悉并掌握模式匹配算法。

实验原理：顺序存储结构下的关于字符串操作的基本算法。

模式匹配算法BF、KMP实验内容：4-19. 在4.4.3节例4-6的基础上，编写比较Brute-Force算法和KMP算法比较次数的程序。

4-20. 设串采用静态数组存储结构，编写函数实现串的替换Replace（S，start，T，V），即要求在主串S中，从位置start开始查找是否存在字串T。

若主串S中存在子串T，则用子串V替换子串T，且函数返回1；若主串S中不存在子串T，则函数返回0；并要求设计主函数进行测试。

一个测试例子为：S=“I am a student”,T=“student”,V=“teacher”。

程序代码：4-19的代码：/*静态存储结构*/typedef struct{char str[MaxSize];int length;}String;/*初始化操作*/void Initiate(String *S){S->length=0;}/*插入子串操作*/int Insert(String *S, int pos, String T)/*在串S的pos位置插入子串T*/{int i;if(pos<0||pos>S->length){printf("The parameter pos is error!\n");return 0;}else if(S->length+T.length>MaxSize){printf("The space of the array is not enough!\n");return 0;}else{for(i=S->length-1; i>=pos; i--)S->str[i+T.length]=S->str[i];/*依次后移数据元素*/for(i=0; i<T.length; i++)S->str[pos+i]=T.str[i]; /*插入*/S->length=S->length+T.length;/*产生新的串长度值*/return 1;}}/*删除子串操作*/int Delete(String *S, int pos, int len)/*删除串S的从pos位置开始长度为len的子串值*/{int i;if(S->length<=0){printf("No elements deleting!\n");return 0;}else if(pos<0||len<0||pos+len>S->length){printf("The parameters pos and len are not correct!\n"); return 0;}else{for(i=pos+len; i<=S->length-1; i++)S->str[i-len]=S->str[i];/*依次前移数据元素*/S->length=S->length-len;/*产生新的串长度值*/return 1;}}/*取子串操作*/int SubString(String S, int pos, int len, String *T)/*取串S的从pos位置开始长度为len的子串值赋给子串T*/{int i;if(pos<0||len<0||pos+len>S.length){printf("The parameters pos and len are not correct!\n");return 0;}else{for(i=0; i<=len; i++)T->str[i]=S.str[pos+i]; /*给子串T赋值*/T->length=len; /*给子串T的长度域赋值*/return 1;}}/*查找子串BF(Brute-Force)操作*/int BFIndex(String S, int start, String T)/*查找主串S从start开始的子串T，找到返回T在S中的开始字符下标，否则返回-1*/ {int i= start, j=0, v;while(i<S.length && j<T.length){if(S.str[i]==T.str[j]){i++;j++;}else{i=i-j+1;j=0;}}if(j==T.length)v=i-T.length;elsev=-1;return v;}/*查找子串KMP(D.E.Knuth-J.H.Morris-V.R.Pratt)操作*/int KMPIndex(String S, int start, String T, int next[]) /*查找主串S从start开始的子串T，找到返回T在S中的首字符下标，*/ /*否则返回-1*//*数组Next中存放有模式串T的next[j]值*/{int i= start, j=0, v;while(i<S.length && j<T.length){if(S.str[i]==T.str[j]){i++;j++;}else if(j==0) i++;else j=next[j];}if(j==T.length)v=i-T.length;elsev=-1;return v;}/*求模式串next[j]值的操作*/void GetNext(String T, int next[])/*求子串T的next[j]值并存放于数组next中*/{int j=1, k=0;next[0]=-1;next[1]=0;while(j<T.length){if(T.str[j]=T.str[k]){next[j+1]=k+1;j++;k++;}else if(k==0){next[j+1]=0;j++;}else k=next[k];}}/*查找子串BF(Brute-Force)算法累计次数*/int BFIndexC(String S, int start, String T)/*查找主串S从start开始的子串T，找到返回T在S中的开始字符下标，否则返回-1*/ {int i= start, j=0, t=0;while(i<S.length && j<T.length){if(S.str[i]==T.str[j]){i++;j++;}else{i=i-j+1;j=0;}t++;}return t;}/*查找子串KMP(D.E.Knuth-J.H.Morris-V.R.Pratt)操作*/int KMPIndexC(String S, int start, String T, int next[])/*查找主串S从start开始的子串T，找到返回T在S中的首字符下标，*//*否则返回-1*//*数组Next中存放有模式串T的next[j]值*/{int i= start, j=0, t=0;while(i<S.length && j<T.length){if(S.str[i]==T.str[j]){i++;j++;}else if(j==0)i++;else j=next[j];t++;}return t;}测试主函数：#include<stdio.h>#define MaxSize 100#include"SString.h"#include"BFandKMP.h"void main(void){String S={{"cddcdc"},6}, T={{"abcde"},5};String S1={{"aaaaaaaa"},8}, T1={{"aaaab"},5};String S2={{"aaaaaaaaaaaaaaaaad"},18}, T2={{"aaaab"},5}; int next[20], count;count=BFIndexC(S,0,T);printf("从S中查找T的Brute-Force算法比较次数：%d\n",count); GetNext(T, next);count=KMPIndexC(S,0,T,next);printf("从S中查找T的KMP算法比较次数：%d\n",count);count=BFIndexC(S1,0,T1);printf("从S1中查找T1的Brute-Force算法比较次数：%d\n",count); GetNext(T1, next);count=KMPIndexC(S1,0,T1,next);printf("从S1中查找T1的KMP算法比较次数：%d\n",count);count=BFIndexC(S2,0,T2);printf("从S2中查找T2的Brute-Force算法比较次数：%d\n",count); GetNext(T2, next);count=KMPIndexC(S2,0,T2,next);printf("从S2中查找T2的KMP算法比较次数：%d\n",count);}4-20的部分代码：Replace函数：/* 从主串S中查找字串T，若存在，并用串V替换串T并返回1，否则，返回0*/ int Replace(String S,int start,String T,String V){int i,v;Initiate(&S);Initiate(&T);Initiate(&V);for(i=0; i<strlen(S.str); i++)S.length=S.length+1;for(i=0; i<strlen(T.str); i++)T.length=T.length+1;for(i=0; i<strlen(V.str); i++)V.length=V.length+1;i=BFIndex(S, 0, T);if (i!=-1){if(Delete(&S, i, T.length))Insert(&S, i, V);for(i=0; i<S.length; i++)printf("%c", S.str[i]);printf("\n");return v=1;}else{printf("主串S中不存在串T\n");return v=0;}}测试主函数：#define MaxSize 80#include<stdio.h>#include<string.h>#include "SString.h"int main(void){ int v;String S={"I am a student."}, T={"student"}, V={"teacher"}; v=Replace(S,0,T,V);printf("返回%d\n",v);}实验结果：4-19.程序调式结果：4-20.程序调式结果：总结与思考KMP算法的比较次数比Brute-Force算法的少。