【数据结构与算法】字符串匹配（头歌习题）【合集】

目录

  • 第1关：实现朴素的字符串匹配
    • 任务描述
    • 相关知识
    • 编程要求
    • 评测说明
    • 完整代码
  • 第2关：实现KMP字符串匹配
    • 任务描述
    • 相关知识
    • 编程要求
    • 评测说明
    • 完整代码
  • 第3关：【模板】KMP算法
    • 任务描述
    • 相关知识
      • C++ STL容器string
        • 1、string的定义
        • 2、string中内容的访问
        • 3、string常用函数实例解析
        • 4、C语言中将字符串转换为数值的函数
        • 5、C++11中将string转换为数值类型
        • 6.不同编译器打开-std=c++11编译开关的方法：
    • 编程要求：
    • 完整代码
  • 第4关：利用kmp算法求子串在主串中不重叠出现的次数
    • 任务描述
    • 编程要求
    • 完整代码
  • 第5关：利用KMP算法求子串在主串中重叠出现的次数
    • 任务描述
    • 编程要求
    • 完整代码

第1关：实现朴素的字符串匹配

任务描述

本关任务是实现函数int FindSubStr(char* t, char* p)。

相关知识

在一个长字符串中寻找一个短字符串出现的位置，这是字符串匹配问题。

例如：长字符串是 “string” ，短字符串是 “ring” ，那么短字符串在长字符串中出现的位置是 2 ，即 “ring” 在 “string” 中出现的开始位置是 2 。

编程要求

本关的编程任务是补全 step1/mystr.cpp 文件中的FindSubStr函数，以实现朴素的字符串匹配。

具体请参见后续测试样例。
本关涉及的代码文件 mystr.cpp 的代码框架如下：

int FindSubStr(char* t, char* p)
/*
从字符串t查找子字符串p。
字符串以数值结尾，例如p="str",那么p[0]='s',p[1]='t',p[2]='r',p[3]=0。
采用朴素的匹配算法，返回子字符串第一次出现的位置,例如t="string ring",p="ring"，则返回2。
若没有找到，则返回-1。
*/
{// 请在此添加代码，补全函数FindSubStr/********** Begin *********//********** End **********/
}

评测说明

本关的测试文件是 step1/Main.cpp ，测试过程如下：

平台编译 step1/Main.cpp ，然后链接相关程序库并生成 exe 可执行文件；
平台运行该 exe 可执行文件，并以标准输入方式提供测试输入；
平台获取该 exe 可执行文件的输出，然后将其与预期输出对比，如果一致则测试通过；否则测试失败。
以下是平台对 step1/Main.cpp 的样例测试集：

样例输入：
string
tri
样例输出：
Location: 1

开始你的任务吧，祝你成功！

完整代码

/*************************************************************date: April 2009copyright: Zhu EnDO NOT distribute this code.
**************************************************************/int FindSubStr(char* t, char* p)
/*
从字符串t查找子字符串p。
字符串以数值结尾，例如p="str",那么p[0]='s',p[1]='t',p[2]='r',p[3]=0。
采用朴素的匹配算法。
返回子字符串第一次出现的位置,例如t="string ring",p="ring"，则返回2。
若没有找到，则返回-1。
*/
{// 请在此添加代码，补全函数FindSubStr/********** Begin *********/int cnt=0;char* tr; while(*t!='\0' && *p!='\0'){if(*t!=*p){t++;cnt++;}else{tr=t;t++;p++;while(*p!='\0'){if(*t==*p){t++;p++;}}if(*p=='\0'){return cnt;}else{t = tr;p = &p[0];}}}if(*t=='\0'){return -1;}/********** End **********/
}

在这里插入图片描述

第2关：实现KMP字符串匹配

任务描述

本关的编程任务是补全 step2/kmp.cpp 文件中的KmpGenNext函数，以实现 KMP 字符串匹配。该函数生成给定字符串的next数组。

相关知识

第 1 关中实现的朴素的字符串匹配算法在实际应用系统中效率低，而 KMP 字符串匹配算法可以实现高效的匹配。

假设长字符串为t，短字符串为p。为了进行 KMP 匹配，首先需要计算字符串p的next数组，后面实现了计算该数组的函数void KmpGenNext(char* p, int* next)。对于 “abcabcab” ，计算出的next数组如下图：
请添加图片描述

其中：next[i]给出如下信息：从左到右将p的字符与t的字符进行比对时，若在p的i号位置出现不匹配，就将字符串p相对t右移i-next[i]位；若next[i]>=0，则右移后比对位置从next[i]号位置开始，否则从0号位置开始。下图 1 给出了一个匹配示例：

请添加图片描述

本关涉及两个函数：

void KmpGenNext(char* p, int* next)
// 生成p的next数组, next数组长度大于等于字符串p的长度加1。
int KmpFindSubWithNext(char* t, char* p, int* next)
// 从t中查找子串p的第一次出现的位置。
// 若找到，返回出现的位置，否则返回-1。

编程要求

本关的编程任务是补全 step2/kmp.cpp 文件中的KmpGenNext函数，以实现 KMP 字符串匹配。该函数生成给定字符串的next数组，生成算法请你查阅相关资料。

具体请参见后续测试样例。
本关涉及的代码文件 kmp.cpp 的代码框架如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "kmp.h"
///
void KmpGenNext(char* p, int* next)
// 生成p的next数组, next数组长度大于等于字符串p的长度加1
{// 请在此添加代码，补全函数KmpGenNext/********** Begin *********//********** End **********/
}
int KmpFindSubWithNext(char* t, char* p, int* next)
// 从t中查找子串p的第一次出现的位置
// 若找到，返回出现的位置，否则返回-1
{int i=0, j=0;while(p[i]!=0 && t[j]!=0)    {if(p[i]==t[j])     { i++;  j++; }else  if (next[i]>=0) {i = next[i];}else  { i=0;  j++; }}if(p[i]==0)  return j-i; //foundelse  return -1;  //not found
}

评测说明

本关的测试文件是 step2/Main.cpp ，测试过程如下：

平台编译 step2/Main.cpp ，然后链接相关程序库并生成 exe 可执行文件；
平台运行该 exe 可执行文件，并以标准输入方式提供测试输入；
平台获取该 exe 可执行文件的输出，然后将其与预期输出对比，如果一致则测试通过；否则测试失败。

输入输出格式：
输入格式：
第一行输入母串
第二行输入子串

输出格式：
输出Location: #，其中#是子串在母串中的位置编号

以下是平台对 step2/Main.cpp 的样例测试集：
样例输入：
stringabcedf1stringabcdef2stringabcdef3stringabcdef4stringabcdef5stringabcdef6stringabcdef7
stringabcdef7

样例输出：
Location: 78

开始你的任务吧，祝你成功！

完整代码

/*************************************************************date: copyright: Zhu EnDO NOT distribute this code without my permission.
**************************************************************/
//字符串 实现文件
//
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "kmp.h"
#include<string.h>
/void KmpGenNext(char* p, int* next)
//生成p的next数组, next数组长度大于等于字符串p的长度加1
{// 请在此添加代码，补全函数KmpGenNext/********** Begin *********/int j,k;  // j遍历t, k求t[j]前与开头相同的字符个数k = -1;j = 0;next[0] = -1;while(j<strlen(p)-1){  if(k==-1 || p[j]==p[k]){j++;k++;next[j] = k;}else{k=next[k];}}/********** End   *********/
}int KmpFindSubWithNext(char* t, char* p, int* next)
//从t中查找子串p的第一次出现的位置
//若找到，返回出现的位置，否则返回-1
{int i=0, j=0;while(p[i]!=0 && t[j]!=0)	{if(p[i]==t[j]) 	{ i++;  j++; }else  if (next[i]>=0) {i = next[i];}else  { i=0;  j++; }}if(p[i]==0)  return j-i; //foundelse  return -1;  //not found
}

在这里插入图片描述

第3关：【模板】KMP算法

任务描述

本关任务： 给出两个字符串text和pattern，其中pattern为text的子串，求出pattern在text中所有出现的位置。

为了减少骗分的情况，接下来还要输出子串的前缀数组next。

相关知识

为了完成本关任务，你需要了解：C++ STL中字符串容器string的使用。

C++ STL容器string

在C语言中，一般使用字符数组char str[]来存放字符串，但是使用字符数组有时会显得操作麻烦，而且容易因经验不足而产生一些错误。为了使编程者可以更方便地对字符串进行操作，C++在STL中加入了 string类型，对字符串常用的需求功能进行了封装，使得操作起来更方便，且不易出错。
如果要使用 string，需要添加 string 头文件，即#include （注意 string.h 和 string 是不一样的头文件）。除此之外，还需要在头文件下面加上一句：“using namespace std;”，这样就可以在代码中使用string 了。下面来看string的一些常用用法。

1、string的定义

定义string的方式跟基本数据类型相同，只需要在string后跟上变量名即可：
string str;
如果要初始化，可以直接给string类型的变量进行赋值：

string str = “abcd”;
//或者：
char* p = “hello”;
string str§;

2、string中内容的访问

(1) 通过下标访问
一般来说，可以直接像字符数组那样去访问string，要注意的是，string中字符的索引值从0开始计算。

#include <stdio.h>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcd";for (int i = 0; i < str.length(); i++) {printf("%c", str[i]);        //输出abcd}return 0;
}

输出结果：abcd

也可以使用string的成员函数at(int index)访问index位置的字符。例如：在上面的示例中，str[i]等价于str.at(i)。
如果要读入和输出整个字符串，则只能使用cin和cout：

#include <iostream>    //cin和cout都在iostream头文件中,而不是stdio.h中
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str;cin >> str;cout << str;return 0;
}

上面的代码对任意的字符串输入，都会输出同样的字符串。
那么，真的没有办法用printf输出string吗？其实是有的，即用c_str( )将string类型转换为字符数组进行输出，示例如下：

#include <stdio.h>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcd";printf("%s\n", str.c_str());return 0;
}

输出结果：abcd

（2）通过迭代器访问
一般仅通过（1）即可满足访问的要求，但是有些函数比如insert( )与erase( )则要求以迭代器为参数，因此还是需要学习一下string迭代器的用法。
由于string不像其他STL容器那样需要参数，因此可以直接如下定义：
string::iterator it;
这样就得到了迭代器it，并且可以通过*it来访问string里的每一个字符：

#include <stdio.h>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcd";string::iterator it;for (it = str.begin(); it != str.end(); it++) {printf("%c", *it);}return 0;
}

输出结果：abcd

最后指出：string和vector 一样，支持直接对迭代器进行加减某个数字，如str.begin( ) + 3的写法是可行的。

3、string常用函数实例解析

事实上，string的函数有很多，伹是有些函数并不常用，因此下面就一些常用的函数举例。

（1）operator+=
这是string的加法，可以将两个`string直接拼接起来。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str1 = "abcd";string str2 = "xyz";string str3 = str1 + str2;    //将str1和str2拼接,赋值给str3str1 += str2;                    //将str2直接拼接到str1上cout << str1 << endl;cout << str3 << endl;return 0;
}

输出结果：
abcdxyz
abcdxyz

（2）比较运算符(compare operator)
两个string类型可以直接使用==、!=、<、<=、>、>=比较大小，比较规则是字典序。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str1 = "aa";string str2 = "aaa";string str3 = "abc";string str4 = "xyz";if (str1 < str2)                //如果str1字典序小于str2cout << "ok1" << endl;        //则输出ok1if (str1 != str3)                //如果str1字典序和str3不等cout << "ok2" << endl;    //则输出ok2if (str4 >= str3)                //如果str4字典序大于等于str3cout << "ok3" << endl;    //则输出ok3return 0;
}

输出结果：
ok1
ok2
ok3

（3）length( ) 和size( )
length( )返回string的长度，即存放的字符数，时间复杂度为O(1)。size( )和length( )功能相同。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcdxyz";cout << str.length() << " " << str.size() << endl;return 0;
}

输出结果：
7 7

（4）insert( )
string的insert( )函数有多种使用方法，其时间复杂度都是O(n)，其中n是字符串的长度。
① insert(pos,string): 在pos位置插入字符串string。
示例如下：

string str = “abcxyz”;
str.insert(3, “789”);
cout << str << endl;
输出结果：
abc789xyz
② insert(it, it2, it3): it为原字符串的待插入位置，it2和it3为待插入的字符串的首尾迭代器，用来表示待插入的字符串[it2, it3)将被插在it的位置上。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str1 = "abcxyz";        //str1为原字符串string str2 = "789";            //str2为待插入的字符串//在str1的3号位,即在字符x的位置插入字符串789str1.insert(str1.begin() + 3, str2.begin(), str2.end());cout << str1 << endl;return 0;
}

输出结果：abc789xyz

（5）erase( )
erase( )有两种用法：删除单个字符、删除一个区间内的所有字符。时间复杂度均为O(n)，其中n为字符串的长度。
① 删除单个字符
string str;
str.erase(it)用于删除单个字符，it为需要删除的字符的迭代器。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcdefg";str.erase(str.begin() + 4);    //删除4号位的字符,即字符ecout << str << endl;return 0;
}

输出结果：abcdfg

② 删除一个区间内的所有元素。
删除一个区间内的所有元素有两种方法：
第一种方法：str.erase(first, last)，其中first为需要删除的区间的起始迭代器，而last则为需要删除的区间的末尾迭代器的下一个地址，也即为删除[first, last)。 示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcdefg";str.erase(str.begin() + 2, str.end() - 1);    //删除cdefcout << str << endl;return 0;
}

输出结果：abg

第二种方法：str.erase(pos, length)，其中pos为需要开始删除的起始位置，length为删除的字符个数。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcdefg";str.erase(3, 2);    //删除从3号位置开始的2个字符,即删除decout << str << endl;return 0;
}

输出结果：abcfg

（6）clear( )
clear( )用于清空string中的数据，时间复杂度一般为O(1)。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "abcde";str.clear();            //清空字符串cout << str.length() << endl;return 0;
}

输出结果：0

（7）substr( )
substr(pos, len)返回从pos位置开始、长度为len的子串。如果第二个参数len没有给出，则一直取到末尾。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "Thank you for your smile.";cout << str.substr(0, 5) << endl;            //Thankcout << str.substr(14, 4) << endl;            //yourcout << str.substr(19, 5) << endl;            //smilecout << str.substr(14) << endl;                //your smile.return 0;
}

输出结果：
Thank
your
smile
your smile.

（8）string::npos
string::npos是一个常数，其本身的值为-1，但是由于是unsigned int类型，因此实际上也可以认为是unsigned int类型的最大值。string::npos一般用作find函数失败时的返回值。例如在下面的示例中可以认为string::npos等于-1或者是4294967295(这个值就是unsigned int类型的最大值2
32
−1)。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {if (string::npos == -1) {cout << "-1 is true." << endl;}if (string::npos == 4294967295) {cout << "4294967295 is also true." << endl;}return 0;
}

输出结果：
-1 is true.
4294967295 is also true.

（9）find( )
find( )函数有2个重载的使用形式，如下：
① str.find(str2)：当str2是str的子串时，返回其在str中第一次出现的位置；如果str2不是str的子串，那么返回string::npos。
② str.find(str2, pos)：从str的pos位置开始匹配str2，返回值与上面相同。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "Thank you for your smile.";string str2 = "you";string str3 = "me";if (str.find(str2) != string::npos) {cout << str.find(str2) << endl;}if (str.find(str2, 7) != string::npos) {cout << str.find(str2, 7) << endl;}if (str.find(str3) != string::npos) {cout << str.find(str3) << endl;} else {cout << "I know there is no position for me." << endl;}return 0;
}

输出结果：
6
14
I know there is no position for me.

（10）replace( )
str.replace(pos, len, str2)把str从pos位置开始、长度为len的子串替换为str2。
str.replace(it1, it2, str2)把str的迭代器[it1, it2)范围的子串替换为str2。
示例如下：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {string str = "Maybe you will turn around.";string str2 = "will not";string str3 = "surely";cout << str.replace(10, 4, str2) << endl;cout << str.replace(str.begin(), str.begin() + 5, str3) << endl;return 0;
}

输出结果：
Maybe you will not turn around.
surely you will not turn around.

（11）reverse()
reverse(): 逆转字符串。string类本身没有提供逆转字符串的成员函数，而是STL算法逆转字符串。实际上，reverse()函数用来逆转序列化容器（如vector、list，包括C/C++的数组）。
使用该函数，需要增加头文件：#include ，该头文件包含次函数的声明。
函数原型如下：
void reverse ( BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);
示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>    //使用reverse函数
using namespace std;
int main(int argc, char const *argv[])
{string s = "hello";reverse(s.begin(), s.end());cout << s << endl;return 0;
}

输出结果：
olleh

4、C语言中将字符串转换为数值的函数

注意：在使用下面的函数时，需要包含头文件#include <stdlib.h>``。 (1) atoi( ): 将字符串转换为整数。函数原型如下： int atoi(const char* s);`
示例如下：

/* atoi example */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main ()
{int i;char szInput [256];                //定义字符数组printf ("Enter a number: ");scanf("%s",szInput);            //输入一个数值字符串i = atoi (szInput);                //转换为整数printf ("The value entered is %d\n", i);return 0;
}

运行结果1：
Enter a number: 234
The value entered is 234
运行结果2：
Enter a number: 234.567
The value entered is 234
运行结果3：
Enter a number: 234abc567
The value entered is 234

``(2) atol( ): 将字符串转换为长整数（long int）。函数原型如下： long int atol(const char* s);`
示例如下：

/* atol example */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main ()
{int li;char szInput [256];                //定义字符数组printf ("Enter a long number: ");scanf("%s",szInput);            //输入一个数值字符串li = atol (szInput);            //转换为长整数printf ("The value entered is %d\n", li);return 0;
}

运行结果：
Enter a number: 23456789
The value entered is 23456789

(3) atof( ): 将字符串转换为double类型。函数原型如下：
double atof(const char* s);
示例如下：

/* atof example: sine calculator */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
int main ()
{double n, m;double pi = 3.1415926535;char szInput [256];                //定义字符数组printf ( "Enter degrees: " );    gets ( szInput );                //输入一个角度字符串n = atof ( szInput );            //转换为double类型m = sin (n * pi / 180);        //求正弦函数printf ( "The sine of %f degrees is %f\n" , n, m );return 0;
}

运行结果：
Enter degrees: 45
The sine of 45.000000 degrees is 0.707107

其他还有：
strtol: Convert string to long integer (function )
strtoul: Convert string to unsigned long integer (function )
strtod: Convert string to double (function )
不再一一举例。更多详情，参见下面的网址：
http://www.cplusplus.com
在该网址下面的“C Library”分支下面有所有C语言的库函数：
http://www.cplusplus.com/reference/clibrary/

5、C++11中将string转换为数值类型

注意：下面的函数在使用时，要包含头文件#include ，并使用using namespace std; 同时还需要将所使用的编译器的编译开关-std=c++11打开。

(1) stoi( ): 将string转换为int。
示例如下：

// stoi example
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main ()
{int i;string str;                        //定义string类型的字符串cout << "Enter a number: ";cin >> str;                        //输入一个string类型的字符串i = stoi ( str );                //转换为int类型cout << "The value entered is " << i << endl;return 0;
}

运行结果：
Enter a number: 234567
The value entered is 234567

(2) stol( ): 将string转换为long int。
(3) stof( ): 将string转换为double。
其他还有：

stoul: Convert string to unsigned integer (function template )
stoull: 将string转换为unsigned long long
不再一一举例。更多详情，参见下面的网址：
http://www.cplusplus.com

6.不同编译器打开-std=c++11编译开关的方法：

1、 Dev-Cpp
请添加图片描述
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2、CodeBlocks
请添加图片描述
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编程要求：

给出两个字符串text和pattern，其中pattern为text的子串，求出pattern在text中所有出现的位置。

为了减少骗分的情况，接下来还要输出子串的前缀数组next。

输入格式:
第一行为一个字符串，即为text。

第二行为一个字符串，即为pattern。

输出格式:
若干行，每行包含一个整数，表示pattern在text中出现的位置。

接下来1行，包括length(pattern)个整数，表示前缀数组next[i]的值，数据间以一个空格分隔，行尾无多余空格。

输入样例:
ABABABC
ABA

输出样例:
1
3
-1 0 0

样例说明:
kmp算法匹配示例
请添加图片描述
提示: 对于100%的数据：text长度<=1000000，pattern长度<=1000000

开始你的任务吧，祝你成功！

完整代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
using namespace std;/*** txt: 字符串* pat: 模式串* 输出pat在txt中出现的位置* 输出next[]数组的值*/
const int N = 1e6 + 1;
int lps[N];
int nextarray[N];void get_lps(string pat, int * lps) {int m = pat.length();int j = 0, i = 1;lps[0] = 0;while (i < m) {if (pat[j] == pat[i]) {j++;lps[i] = j;i++;} else if (j != 0) {j = lps[j - 1];} else {lps[i] = 0;i++;}}
}void get_next(string pat,int* lps)
{int m = pat.length();get_lps(pat,lps);int i;nextarray[0] = -1;for(i = m - 2; i >= 0 ; i--){lps[i+1] = lps[i];}lps[0]= -1;for(i=0;i<m;i++){printf("%d",lps[i]);if(i<m-1)printf(" ");}
}void KMP(string txt, string pat)
{//请在下面编写代码/*************************Begin*********************/int n = txt.length();int m = pat.length();int i = 0;int j = 0;get_lps(pat, lps);while (i < n && j < m) {if (txt[i] == pat[j]) {i++; j++;} else if (j != 0) {j = lps[j - 1];} else {i++;}if (j == m) {cout << i - j + 1 << endl;j = lps[j - 1];}}get_next(pat,lps);/**************************End**********************/
}int main(int argc, char const *argv[])
{string txt, pat;cin >> txt >> pat;  //输入文本串和模式串KMP(txt, pat);    //调用kmp算法输出模式串在文本串中的位置以及next[]数组的值return 0;
}

在这里插入图片描述

第4关：利用kmp算法求子串在主串中不重叠出现的次数

任务描述

本关任务：编写一个程序，利用kmp算法求子串在主串中不重叠出现的次数。

实验目的：深入掌握KMP算法的应用。
实验内容：编写一个程序，利用KMP算法求子串t在主串s中出现的次数，例如：s=“aabbdaabbde”，t=“aabbd”，t在s中出现2次；再例如：s=“aaaaa”，t=“aa”，t在s中出现2次。
实验工具：本关提供顺序串SqString的基本运算及其实现（在头文件sqstring.h中）；您也可以直接使用C++ STL提供的string容器。

编程要求

根据提示，在右侧编辑器补充完成代码，计算并输出字符串t在字符串s中不重叠出现的次数。

测试说明
平台会对你编写的代码进行测试：

输入格式
输入包括2行。
第一行为字符串s，长度不超过10^6 。
第二行为字符串t，长度不超过10^6 。

输出格式
在一行中输出t在s中出现的次数。

样例输入1
aaaaa
aa

样例输出1
2

样例输入2
aabbdaabbde
aabbd

样例输出2
2

开始你的任务吧，祝你成功！

完整代码

/* step4/step4.cpp  作答区文件 */#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <string>       //C++ STL之string容器
using namespace std;#include "sqstring.h" //包含顺序串SqString基本运算算法//利用KMP算法求t在s中出现的次数
int Count(string s, string t); //利用KMP算法求t在s中出现的次数
int Count(char* s, char* t); //利用KMP算法求t在s中出现的次数
int Count(SqString s, SqString t); /*** 说明：任选上面三个函数中的一个进行实现。*///请在下面编写代码const int N =1e6;
int lps[N];
int nt[N];
void get_lps(string t,int *lps)
{int m=t.size();int i=1,j=0;lps[0]=0;while(i<m){if(t[i]==t[j]){++j;lps[i]=j;i++;}else if(j !=0){j=lps[j-1];}else{lps[i]=0;i++;}}
}
void get_next(string t,int *next)
{int m=t.length();int k= -1,j=0;next[0]=-1;while(j<m-1){if(k==-1||t[k]==t[j]){k++;j++;next[j]=k;}elsek = next[k];}
}
int Count(string s,string t)
{int n=s.length();int m=t.length();int i=0;int j=0;int tot=0;get_lps(t,lps);while(i<n&&j<m){if(s[i]==t[j]){i++;j++;}else if(j!=0)j=lps[j-1];else i++;if(j==m){tot++;j=0;}}return tot;
}
int main()
{string s,t;cin>>s>>t;cout<<Count(s,t)<<endl;return 0;
}
/* step4/sqstring.h 头文件 */#ifndef __SQSTRING_H
#define __SQSTRING_H//顺序串基本运算的算法
#include <stdio.h>
#define MaxSize 1000001
typedef struct
{char data[MaxSize];		//串中字符int length;				//串长
} SqString;					//声明顺序串类型
void StrAssign(SqString &s, char cstr[])	//字符串常量赋给串s
{int i;for (i = 0; cstr[i] != '\0'; i++)s.data[i] = cstr[i];s.length = i;
}
void DestroyStr(SqString &s)		//销毁串
{  }void StrCopy(SqString &s, SqString t)	//串复制
{for (int i = 0; i < t.length; i++)s.data[i] = t.data[i];s.length = t.length;
}
bool StrEqual(SqString s, SqString t)	//判串相等
{bool same = true;if (s.length != t.length)				//长度不相等时返回0same = false;elsefor (int i = 0; i < s.length; i++)if (s.data[i] != t.data[i])	//有一个对应字符不相同时返回假{	same = false;break;}return same;
}
int StrLength(SqString s)	//求串长
{return s.length;
}
SqString Concat(SqString s, SqString t)	//串连接
{SqString str;int i;str.length = s.length + t.length;for (i = 0; i < s.length; i++)	//s.data[0..s.length-1]→strstr.data[i] = s.data[i];for (i = 0; i < t.length; i++)	//t.data[0..t.length-1]→strstr.data[s.length + i] = t.data[i];return str;
}
SqString SubStr(SqString s, int i, int j)	//求子串
{SqString str;int k;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s.length || j < 0 || i + j - 1 > s.length)return str;					//参数不正确时返回空串for (k = i - 1; k < i + j - 1; k++)  		//s.data[i..i+j]→strstr.data[k - i + 1] = s.data[k];str.length = j;return str;
}
SqString InsStr(SqString s1, int i, SqString s2)	//插入串
{int j;SqString str;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s1.length + 1)		//参数不正确时返回空串return str;for (j = 0; j < i - 1; j++)      		//s1.data[0..i-2]→strstr.data[j] = s1.data[j];for (j = 0; j < s2.length; j++)		//s2.data[0..s2.length-1]→strstr.data[i + j - 1] = s2.data[j];for (j = i - 1; j < s1.length; j++)		//s1.data[i-1..s1.length-1]→strstr.data[s2.length + j] = s1.data[j];str.length = s1.length + s2.length;return str;
}
SqString DelStr(SqString s, int i, int j)		//串删去
{int k;SqString str;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s.length || i + j > s.length + 1) //参数不正确时返回空串return str;for (k = 0; k < i - 1; k++)       		//s.data[0..i-2]→strstr.data[k] = s.data[k];for (k = i + j - 1; k < s.length; k++)	//s.data[i+j-1..s.length-1]→strstr.data[k - j] = s.data[k];str.length = s.length - j;return str;
}
SqString RepStr(SqString s, int i, int j, SqString t)	//子串替换
{int k;SqString str;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s.length || i + j - 1 > s.length) //参数不正确时返回空串return str;for (k = 0; k < i - 1; k++)				//s.data[0..i-2]→strstr.data[k] = s.data[k];for (k = 0; k < t.length; k++)   		//t.data[0..t.length-1]→strstr.data[i + k - 1] = t.data[k];for (k = i + j - 1; k < s.length; k++)	//s.data[i+j-1..s.length-1]→strstr.data[t.length + k - j] = s.data[k];str.length = s.length - j + t.length;return str;
}
void DispStr(SqString s)	//输出串s
{if (s.length > 0){	for (int i = 0; i < s.length; i++)printf("%c", s.data[i]);printf("\n");}
}#endif

在这里插入图片描述

第5关：利用KMP算法求子串在主串中重叠出现的次数

任务描述

本关任务：编写一个程序，利用kmp算法求子串在主串中不重叠出现的次数。

实验目的：深入掌握KMP算法的应用。
实验内容：编写一个程序，利用KMP算法求子串t在主串s中重叠出现的次数，例如：s=“aabbdaabbde”，t=“aabbd”，t在s中出现2次；再例如：s=“aaaaa”，t=“aa”，t在s中出现4次。
实验工具：本关提供顺序串SqString的基本运算及其实现（在头文件sqstring.h中）；您也可以直接使用C++ STL提供的string容器。

编程要求

根据提示，在右侧编辑器补充完成代码，计算并输出字符串t在字符串s中重叠出现的次数。

测试说明
平台会对你编写的代码进行测试：

输入格式
输入包括2行。
第一行为字符串s，长度不超过10^6 。
第二行为字符串t，长度不超过10^6 。

输出格式
在一行中输出t在s中出现的次数。

样例输入1
aaaaa
aa

样例输出1
4

样例输入2
aabbdaabbde
aabbd

样例输出2
2

开始你的任务吧，祝你成功！

完整代码

/* step5/step5.cpp 作答区文件*/#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <string>       //C++ STL之string容器
using namespace std;#include "sqstring.h" //包含顺序串SqString基本运算算法//利用KMP算法求t在s中重叠出现的次数
int Count(string s, string t); //利用KMP算法求t在s中重叠出现的次数
int Count(char* s, char* t); //利用KMP算法求t在s中重叠出现的次数
int Count(SqString s, SqString t); /*** 说明：任选上面三个函数中的一个进行实现。*///请在下面编写代码
const int N =1e6;
int lps[N];
int nt[N];
void get_lps(string t,int *lps)
{int m=t.size();int i=1,j=0;lps[0]=0;while(i<m){if(t[i]==t[j]){++j;i++;}else if(j !=0){j=lps[j-1];}else{lps[i]=0;i++;}}
}
void get_next(string t,int *next)
{int m=t.length();int k= -1,j=0;next[0]=-1;while(j<m-1){if(k==-1||t[k]==t[j]){k++;j++;next[j]=k;}elsek = next[k];}
}
int Count(string s,string t)
{int n=s.length();int m=t.length();int i=0;int j=0;int tot=0;get_next(t,nt);while(i<n&&j<m){if(j==m-1&&s[i]==t[j]){tot++;j=nt[j];}if(j==-1||s[i]==t[j]){i++;j++;}else j=nt[j];}return tot;
}
int main()
{string s,t;cin>>s>>t;cout<<Count(s,t)<<endl;return 0;
}
/*step5/sqstring.h 头文件*/
#ifndef __SQSTRING_H
#define __SQSTRING_H//顺序串基本运算的算法
#include <stdio.h>
#define MaxSize 1000001
typedef struct
{char data[MaxSize];		//串中字符int length;				//串长
} SqString;					//声明顺序串类型
void StrAssign(SqString &s, char cstr[])	//字符串常量赋给串s
{int i;for (i = 0; cstr[i] != '\0'; i++)s.data[i] = cstr[i];s.length = i;
}
void DestroyStr(SqString &s)		//销毁串
{  }void StrCopy(SqString &s, SqString t)	//串复制
{for (int i = 0; i < t.length; i++)s.data[i] = t.data[i];s.length = t.length;
}
bool StrEqual(SqString s, SqString t)	//判串相等
{bool same = true;if (s.length != t.length)				//长度不相等时返回0same = false;elsefor (int i = 0; i < s.length; i++)if (s.data[i] != t.data[i])	//有一个对应字符不相同时返回假{	same = false;break;}return same;
}
int StrLength(SqString s)	//求串长
{return s.length;
}
SqString Concat(SqString s, SqString t)	//串连接
{SqString str;int i;str.length = s.length + t.length;for (i = 0; i < s.length; i++)	//s.data[0..s.length-1]→strstr.data[i] = s.data[i];for (i = 0; i < t.length; i++)	//t.data[0..t.length-1]→strstr.data[s.length + i] = t.data[i];return str;
}
SqString SubStr(SqString s, int i, int j)	//求子串
{SqString str;int k;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s.length || j < 0 || i + j - 1 > s.length)return str;					//参数不正确时返回空串for (k = i - 1; k < i + j - 1; k++)  		//s.data[i..i+j]→strstr.data[k - i + 1] = s.data[k];str.length = j;return str;
}
SqString InsStr(SqString s1, int i, SqString s2)	//插入串
{int j;SqString str;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s1.length + 1)		//参数不正确时返回空串return str;for (j = 0; j < i - 1; j++)      		//s1.data[0..i-2]→strstr.data[j] = s1.data[j];for (j = 0; j < s2.length; j++)		//s2.data[0..s2.length-1]→strstr.data[i + j - 1] = s2.data[j];for (j = i - 1; j < s1.length; j++)		//s1.data[i-1..s1.length-1]→strstr.data[s2.length + j] = s1.data[j];str.length = s1.length + s2.length;return str;
}
SqString DelStr(SqString s, int i, int j)		//串删去
{int k;SqString str;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s.length || i + j > s.length + 1) //参数不正确时返回空串return str;for (k = 0; k < i - 1; k++)       		//s.data[0..i-2]→strstr.data[k] = s.data[k];for (k = i + j - 1; k < s.length; k++)	//s.data[i+j-1..s.length-1]→strstr.data[k - j] = s.data[k];str.length = s.length - j;return str;
}
SqString RepStr(SqString s, int i, int j, SqString t)	//子串替换
{int k;SqString str;str.length = 0;if (i <= 0 || i > s.length || i + j - 1 > s.length) //参数不正确时返回空串return str;for (k = 0; k < i - 1; k++)				//s.data[0..i-2]→strstr.data[k] = s.data[k];for (k = 0; k < t.length; k++)   		//t.data[0..t.length-1]→strstr.data[i + k - 1] = t.data[k];for (k = i + j - 1; k < s.length; k++)	//s.data[i+j-1..s.length-1]→strstr.data[t.length + k - j] = s.data[k];str.length = s.length - j + t.length;return str;
}
void DispStr(SqString s)	//输出串s
{if (s.length > 0){	for (int i = 0; i < s.length; i++)printf("%c", s.data[i]);printf("\n");}
}#endif

在这里插入图片描述

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