正文

KMP算法链表实现，轻松解决字符串匹配难题

/0 浏览量
0620

在计算机科学中，字符串匹配是一个基本且重要的算法问题。KMP（Knuth-Morris-Pratt）算法是一种高效的字符串匹配算法，它通过避免重复扫描文本字符串来提高匹配效率。本文将详细介绍KMP算法的链表实现方法，帮助读者更好地理解和应用这一算法。

KMP算法概述

KMP算法的核心思想是利用已匹配的字符信息来避免不必要的比较，从而提高匹配效率。它通过构建一个部分匹配表（也称为“失败函数”或“next数组”），来记录模式串中每个位置之后可以继续匹配的最长前后缀的长度。

KMP算法的链表实现

1. 链表结构定义

首先，我们需要定义一个链表节点结构，用于存储字符和指向下一个节点的指针。

typedef struct Node {
    char data;
    struct Node *next;
} Node;

2. 创建模式串的链表

将模式串转换为链表结构，方便后续处理。

Node* createPatternList(const char *pattern) {
    Node *head = NULL, *tail = NULL, *newNode = NULL;
    for (int i = 0; pattern[i] != '\0'; i++) {
        newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
        newNode->data = pattern[i];
        newNode->next = NULL;
        if (head == NULL) {
            head = newNode;
            tail = newNode;
        } else {
            tail->next = newNode;
            tail = newNode;
        }
    }
    return head;
}

3. 构建部分匹配表

部分匹配表用于记录模式串中每个位置之后可以继续匹配的最长前后缀的长度。

void computeLPSArray(Node *pattern, int M, int *lps) {
    int len = 0;
    lps[0] = 0;
    int i = 1;
    while (i < M) {
        if (pattern->data == pattern[i].data) {
            len++;
            lps[i] = len;
            i++;
        } else {
            if (len != 0) {
                len = lps[len - 1];
            } else {
                lps[i] = 0;
                i++;
            }
        }
    }
}

4. KMP算法匹配过程

使用KMP算法进行字符串匹配，并记录匹配结果。

void KMPSearch(Node *text, Node *pattern, int M, int N) {
    int *lps = (int*)malloc(sizeof(int) * M);
    computeLPSArray(pattern, M, lps);
    int i = 0; // index for text[]
    int j = 0; // index for pattern[]
    while (i < N) {
        if (pattern->data == text->data) {
            pattern = pattern->next;
            text = text->next;
            i++;
            j++;
        }
        if (j == M) {
            printf("Found pattern at index %d\n", i - j);
            j = lps[j - 1];
        } else if (i < N && pattern->data != text->data) {
            if (j != 0) {
                j = lps[j - 1];
            } else {
                i = i + 1;
            }
        }
    }
    free(lps);
}

5. 释放链表

匹配完成后，释放链表所占用的内存。

void freeList(Node *head) {
    Node *temp;
    while (head != NULL) {
        temp = head;
        head = head->next;
        free(temp);
    }
}

总结

本文详细介绍了KMP算法的链表实现方法，通过链表结构来存储模式串，并构建部分匹配表以避免不必要的比较。这种方法能够有效地提高字符串匹配的效率，在实际应用中具有广泛的应用价值。希望读者能够通过本文的学习，更好地掌握KMP算法及其链表实现方法。

-- 展开阅读全文 --