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C语言实现KMP算法的方法

2023-10-26 02:38:47 深夜i 11 0

C语言 KMP算法实现方法

KMP算法是一种高效的字符串匹配算法，在C语言中可以很方便地实现。本文将介绍如何使用C语言来实现KMP算法。

首先，我们需要了解KMP算法的原理。KMP算法通过构建一个部分匹配表（Partial Match Table）来实现字符串的快速匹配。部分匹配表中记录了每个位置的最长公共前后缀长度，用于进行匹配时的跳转。通过利用已知信息，KMP算法可以避免无效的比较，从而提高匹配的效率。

接下来，我们将编写一个函数来构建部分匹配表。函数的输入是待匹配的字符串，输出是一个整型数组，表示每个位置的最长公共前后缀长度。代码如下所示：

void buildMatchTable(char* pattern, int* matchTable) {
  int length = strlen(pattern);
  matchTable[0] = 0;
  int i = 1;
  int j = 0;
  while (i < length) {
    if (pattern[i] == pattern[j]) {
      matchTable[i] = j + 1;
      i++;
      j++;
    }
    else {
      if (j != 0) {
        j = matchTable[j - 1];
      }
      else {
        matchTable[i] = 0;
        i++;
      }
    }
  }
}

在这段代码中，我们首先将第一个位置的最长公共前后缀长度设为0。然后利用两个指针i和j进行比较。如果当前位置的字符匹配成功，我们将最长公共前后缀长度加1，并将指针i和j都向后移动一位。如果当前位置的字符匹配失败，我们根据部分匹配表中上一个位置的值来更新j的值，并将指针i向后移动一位。

接下来，我们可以编写主函数来实现字符串的匹配。代码如下所示：

int KMP(char* text, char* pattern) {
  int textLength = strlen(text);
  int patternLength = strlen(pattern);
  int matchTable[patternLength];
  buildMatchTable(pattern, matchTable);
  int i = 0;
  int j = 0;
  while (i < textLength) {
    if (text[i] == pattern[j]) {
      if (j == patternLength - 1)
        return i - j;
      
      else {
        i++;
        j++;
      }
    }
    else {
      if (j != 0) {
        j = matchTable[j - 1];
      }
      else {
        i++;
      }
    }
  }
  return -1;
}

在这段代码中，我们首先通过调用buildMatchTable函数来构建部分匹配表。然后利用两个指针i和j进行比较，如果当前位置的字符匹配成功，指针j向后移动一位；否则，根据部分匹配表中上一个位置的值来更新j的值。

最后，我们可以在主函数中调用KMP函数来进行字符串的匹配。代码如下所示：

int main() {
  char text[] = "ABABABABCABABABAABABACABABACABABACABABA";
  char pattern[] = "ABABAC";
  int position = KMP(text, pattern);
  if (position == -1) {
    printf("Pattern not found.\n");
  }
  else {
    printf("Pattern found at position: %d\n", position);
  }
  return 0;
}

在这段代码中，我们定义了一个待匹配的字符串text和一个模式字符串pattern。然后调用KMP函数来查找模式字符串在待匹配字符串中的位置。如果找到了模式字符串，我们将输出其在待匹配字符串中的位置；否则，输出"Pattern not found."。

综上所述，我们使用C语言成功地实现了KMP算法。通过构建部分匹配表和利用已知信息进行跳转，KMP算法可以提高字符串匹配的效率。希望这篇文章能够帮助读者更好地理解KMP算法的原理和实现方法。

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