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KMP算法C语言实现:高效字符串匹配
2023-09-13 10:17:18 深夜i     --     --
KMP算法 C语言实现 高效 字符串匹配 算法实现

KMP算法是一种高效的字符串匹配算法,能够在两个字符串进行匹配时,提供较快的搜索速度。在本篇文章中,我们将介绍如何使用C语言实现KMP算法,以便在实际应用中能够更加高效地进行字符串匹配。

KMP算法的核心思想是利用已经匹配过的部分信息,避免不必要的重复比较,从而加快匹配速度。该算法通过构建一个部分匹配表,来存储模式串中每个位置之前的最长相同前缀后缀的长度。利用这个表,我们就可以在匹配时跳过一些字符,从而提高匹配效率。

首先,我们需要定义一个用于构建部分匹配表的函数。这个函数将接收待匹配的模式串和其长度作为参数,并返回一个部分匹配表。下面是用C语言实现的构建部分匹配表的函数:


void computeLPSArray(char* pat, int M, int* lps) {

  int len = 0;

  lps[0] = 0;

  int i = 1;

  while (i < M) {

    if (pat[i] == pat[len]) {

      len++;

      lps[i] = len;

      i++;

    }

    else {

      if (len != 0) {

        len = lps[len - 1];

      }

      else {

        lps[i] = 0;

        i++;

      }

    }

  }

}

在这个函数中,我们首先初始化部分匹配表,将第一个元素设为0。然后,我们使用两个指针i和len来遍历整个模式串。如果模式串中当前位置的字符与前缀中的字符相等,则将len加1,并将len赋值给部分匹配表中当前位置的值。如果不相等,则将len重置为前一个位置的值,继续进行比较。最后得到的部分匹配表就是用于后续匹配时跳过不必要比较的依据。

接下来,我们可以使用上述的部分匹配表来实现KMP算法的主要功能函数。该函数将接收待匹配的文本和模式串,以及它们的长度作为参数,并返回匹配的第一个位置,如果没有找到则返回-1。下面是用C语言实现的KMP算法的主要函数:


int KMPSearch(char* pat, char* txt) {

  int M = strlen(pat);

  int N = strlen(txt);

  int* lps = (int*)malloc(sizeof(int) * M);

  int j = 0;

  computeLPSArray(pat, M, lps);

  int i = 0;

  while (i < N) {

    if (pat[j] == txt[i]) {

      j++;

      i++;

    }

    if (j == M) {

      free(lps);

      return i - j;

    }

    else if (i < N && pat[j] != txt[i]) {

      if (j != 0)

        j = lps[j - 1];

      else

        i++;

    }

  }

  free(lps);

  return -1;

}

在该函数中,我们首先获取模式串和文本的长度。然后,我们分配了一个与模式串长度相同的部分匹配表。接下来,我们调用上述的构建部分匹配表的函数来生成部分匹配表。然后,我们使用两个指针i和j来遍历整个文本和模式串。如果两个字符相等,则将两个指针同时向后移动一位。如果j等于模式串的长度M,则表示匹配成功,返回匹配的起始位置i-j。如果两个字符不相等,我们根据部分匹配表的值来更新j的位置。最后,如果没有找到匹配,返回-1。

通过上述的C语言实现,我们可以在实际应用中使用KMP算法进行高效的字符串匹配。该算法能够大大提高匹配效率,减少不必要的比较操作,从而使得字符串匹配过程更加快速而高效。希望本文能够帮助读者理解KMP算法的实现原理,并在实际应用中得到运用。

  
  

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