【PTA数据结构 | C语言版】字符串匹配算法

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题目

请编写程序，得到模式串 t 在主串 s 中首次出现的位置。

本题旨在测试各种不同的匹配算法在各种数据情况下的表现。各组测试数据特点如下：

• 数据0：小规模字符串，测试基本正确性；
• 数据1：随机数据，String 长度为 10^5，Pattern 长度为 10；
• 数据2：随机数据，String 长度为 10^5，Pattern 长度为 10^2；
• 数据3：随机数据，String 长度为 10^5，Pattern 长度为 10^3；
• 数据4：随机数据，String 长度为 10^5，Pattern 长度为 10^4；
• 数据5：String 长度为 10^6，Pattern 长度为 10^5；测试尾字符不匹配的情形；
• 数据6：String 长度为 10^6，Pattern 长度为 10^5；测试首字符不匹配的情形。

输入格式：
输入先后给出主串 s 和模式串 t，每个非空字符串占一行，以回车结束（回车不算在字符串内）。

输出格式：
如果匹配成功，则输出 s 从 t 首次出现的位置开始的子串；否则输出 匹配失败。。

输入样例 1：
This is a simple test.
is

输出样例 1：
is is a simple test.

输入样例 2：
This is a test.
simple

输出样例 2：
匹配失败。

代码

#include <stdio.h>
const int cnt = 1000000;

// KMP算法的预处理函数：计算部分匹配表（next数组）
void build(char* p, int m, int next[]) {
    next[0] = -1;  // 初始化next数组
    int k = -1;    // 前缀长度
    
    // 构建next数组，长度为m-1
    for(int j = 0; j < m - 1; j++) {
        // 若字符不匹配，回溯到上一个可能的位置
        while(k >= 0 && p[j] != p[k])
            k = next[k];
        k++;
        next[j + 1] = k;  // 记录当前位置的最长公共前后缀长度
    }   
}

// KMP字符串匹配主函数
int kmp(int n, int m, char* s, char *p) {
    int i = 0;  // 主串指针
    int j = 0;  // 模式串指针
    int next[cnt];
    
    // 预处理模式串，构建next数组
    build(p, m, next);
    
    // 双指针遍历主串和模式串
    while(i < n && j < m) {
        // 当前字符匹配或需要从头开始匹配
        if(j == -1 || s[i] == p[j]) {
            i++;
            j++;
        } else {
            // 字符不匹配，利用next数组回退模式串指针
            j = next[j];
        }
    }
    
    // 匹配成功返回起始位置，否则返回-1
    return (j == m) ? i - m : -1;
}

int main() {
    char p[cnt]; // 模式串
    char s[cnt]; // 主串
    int n = 0;   // 主串长度
    int m = 0;   // 模式串长度
    
    // 读取主串（不包含换行符）
    while ((s[n] = getchar()) != '\n') {
        n++;
    }
    
    // 读取模式串（不包含换行符）
    while ((p[m] = getchar()) != '\n') {
        m++;
    }
 
    // 执行KMP匹配
    int q = kmp(n, m, s, p);
    
    // 输出匹配结果
    if (q != -1) {
        // 输出从匹配位置开始的子串
        for (int i = q; i < n; i++) {
            printf("%c", s[i]);
        }
        printf("\n");
    } else {
        printf("匹配失败。\n");
    }
 
    return 0;
}