[数据结构]程杰模式串匹配、KMP算法及其改进（代码）

#include "string.h"
#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   
#include "io.h"  
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;     /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType;   /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

typedef char String[MAXSIZE+1]; /*  0号单元存放串的长度 */

/* 生成一个其值等于chars的串T */
Status StrAssign(String T,char *chars)
{ 
    int i;
    if(strlen(chars)>MAXSIZE)
        return ERROR;
    else
    {
        T[0]=strlen(chars);
        for(i=1;i<=T[0];i++)
            T[i]=*(chars+i-1);
        return OK;
    }
}

Status ClearString(String S)
{ 
    S[0]=0;/*  令串长为零 */
    return OK;
}

/*  输出字符串T。 */
void StrPrint(String T)
{ 
    int i;
    for(i=1;i<=T[0];i++)
        printf("%c",T[i]);
    printf("\n");
}

/*  输出Next数组值。 */
void NextPrint(int next[],int length)
{ 
    int i;
    for(i=1;i<=length;i++)
        printf("%d",next[i]);
    printf("\n");
}

/* 返回串的元素个数 */
int StrLength(String S)
{ 
    return S[0];
}

/* 朴素的模式匹配法 */
int Index(String S, String T, int pos) 
{
    int i = pos;    /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
    int j = 1;              /* j用于子串T中当前位置下标值 */
    while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
    {
        if (S[i] == T[j])   /* 两字母相等则继续 */
        {
        	++i;
            ++j; 
        } 
        else                /* 指针后退重新开始匹配 */
        {  
            i = i-j+2;      /* i退回到上次匹配首位的下一位 */
            j = 1;          /* j退回到子串T的首位 */
        }      
    }
    if (j > T[0]) 
        return i-T[0];
    else 
        return 0;
}

/* 通过计算返回子串T的next数组。 */
void get_next(String T, int *next) 
{
    int i,j;
    i=1;
    j=0;
    next[1]=0;
    while (i<T[0])  /* 此处T[0]表示串T的长度 */
    {
        if(j==0 || T[i]== T[j])     /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
    	{
            ++i;  
            ++j;  
            next[i] = j;
        } 
        else 
            j= next[j]; /* 若字符不相同，则j值回溯 */
    }
}

/* 返回子串T在主串S中第pos个字符之后的位置。若不存在，则函数返回值为0。 */
/*  T非空，1≤pos≤StrLength(S)。 */
int Index_KMP(String S, String T, int pos) 
{
    int i = pos;        /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
    int j = 1;          /* j用于子串T中当前位置下标值 */
    int next[255];      /* 定义一next数组 */
    get_next(T, next);  /* 对串T作分析，得到next数组 */
    while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
    {
        if (j==0 || S[i] == T[j])   /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
        {
            ++i;
            ++j; 
        } 
        else            /* 指针后退重新开始匹配 */
            j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
    }
    if (j > T[0]) 
        return i-T[0];
    else 
        return 0;
}

/* 求模式串T的next函数修正值并存入数组nextval */
void get_nextval(String T, int *nextval) 
{
    int i,j;
    i=1;
    j=0;
    nextval[1]=0;
    while (i<T[0])  /* 此处T[0]表示串T的长度 */
    {
        if(j==0 || T[i]== T[j])     /* T[i]表示后缀的单个字符，T[j]表示前缀的单个字符 */
    	{
            ++i;  
            ++j;  
            if (T[i]!=T[j])      /* 若当前字符与前缀字符不同 */
                nextval[i] = j; /* 则当前的j为nextval在i位置的值 */
            else 
                nextval[i] = nextval[j];    /* 如果与前缀字符相同，则将前缀字符的 */
                                            /* nextval值赋值给nextval在i位置的值 */
        } 
        else 
            j= nextval[j];          /* 若字符不相同，则j值回溯 */
    }
}

int Index_KMP1(String S, String T, int pos) 
{
    int i = pos;        /* i用于主串S中当前位置下标值，若pos不为1，则从pos位置开始匹配 */
    int j = 1;          /* j用于子串T中当前位置下标值 */
    int next[255];      /* 定义一next数组 */
    get_nextval(T, next);   /* 对串T作分析，得到next数组 */
    while (i <= S[0] && j <= T[0]) /* 若i小于S的长度并且j小于T的长度时，循环继续 */
    {
        if (j==0 || S[i] == T[j])   /* 两字母相等则继续，与朴素算法增加了j=0判断 */
        {
            ++i;
            ++j; 
        } 
        else            /* 指针后退重新开始匹配 */
            j = next[j];/* j退回合适的位置，i值不变 */
    }
    if (j > T[0]) 
        return i-T[0];
    else 
        return 0;
}

int main()
{
    int i,*p;
    String s1,s2;
    
    StrAssign(s1,"abcdex");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i=StrLength(s1);
    p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
    get_next(s1,p); 
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1,"abcabx");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i=StrLength(s1);
    p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
    get_next(s1,p); 
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1,"ababaaaba");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i=StrLength(s1);
    p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
    get_next(s1,p); 
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1,"aaaaaaaab");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i=StrLength(s1);
    p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
    get_next(s1,p); 
    printf("Next为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1,"ababaaaba");
    printf("   子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i=StrLength(s1);
    p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
    get_next(s1,p); 
    printf("   Next为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    get_nextval(s1,p); 
    printf("NextVal为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    printf("\n");

    StrAssign(s1,"aaaaaaaab");
    printf("   子串为: ");
    StrPrint(s1);
    i=StrLength(s1);
    p=(int*)malloc((i+1)*sizeof(int));
    get_next(s1,p); 
    printf("   Next为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));
    get_nextval(s1,p); 
    printf("NextVal为: ");
    NextPrint(p,StrLength(s1));

    printf("\n");

    StrAssign(s1,"00000000000000000000000000000000000000000000000001");
    printf("主串为: ");
    StrPrint(s1);
    StrAssign(s2,"0000000001");
    printf("子串为: ");
    StrPrint(s2);
    printf("\n");
    printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（朴素模式匹配算法）\n",Index(s1,s2,1));
    printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP算法） \n",Index_KMP(s1,s2,1));
    printf("主串和子串在第%d个字符处首次匹配（KMP改良算法） \n",Index_KMP1(s1,s2,1));

    return 0;
}