模式匹配算法及应用教案
小班上学期数学教案《匹配》
小班上学期数学教案《匹配》教学目标：1. 能够正确理解和运用匹配的概念；2. 能够根据所给的图形进行匹配操作；3. 能够灵活应用匹配的思想解决一些实际问题。
教学重点：1. 理解匹配的概念；2. 运用匹配的方法进行操作。
教学难点：理解匹配的思想并能够将其应用于解决实际问题。
教学准备：图案卡片、小班学生的座位表、匹配活动设计表、奖励小奖品。
教学过程：一、导入（5分钟）教师出示一些具有相同图案的卡片，然后要求学生将相同图案的卡片放在一起。
通过这种方式引导学生了解匹配的概念。
二、讲解匹配的概念（10分钟）教师向学生解释匹配的概念，并展示一些匹配图例，让学生理解匹配的过程。
通过讲解和示范，帮助学生理解匹配的方法和目的。
三、匹配练习（15分钟）1. 教师将学生的座位表分发给每个学生，并放在学生的桌上。
学生根据自己座位表上的座位号，找到对应的位置坐下。
这样一来，学生自动完成了一组匹配操作。
2. 教师将一些具有相同图案的卡片分发给学生，并要求学生根据图案的相同性进行匹配。
学生根据自己手中的卡片，找到另一张相同的卡片进行匹配。
四、匹配活动设计（20分钟）1. 教师设计匹配活动，要求学生在给定的规则下进行匹配。
例如，教师可以给出一些图案图例，然后要求学生根据图例，在一些卡片中找到匹配的图案。
2. 教师可以设计一些有趣的匹配游戏，让学生在游戏中进行匹配，激发学生的兴趣和主动性。
五、归纳总结（10分钟）教师与学生一起总结匹配的概念和方法，并让学生回答一些复习问题，巩固匹配的知识点。
六、拓展应用（10分钟）教师提出几个关于匹配的实际问题，让学生运用匹配的方法解决这些问题。
七、作业布置（5分钟）要求学生完成一些关于匹配的练习题，以巩固所学的知识。
教学反思：1. 教师应该在导入部分加入一些动手操作的内容，以激发学生的兴趣，引导学生理解匹配的概念。
2. 在匹配活动设计部分，教师可以设计更多的游戏和活动，以增加学生的参与度和学习兴趣。
串的模式匹配算法
串串（String）又叫做字符串，是一种特殊的线性表的结构，表中每一个元素仅由一个字符组成。
随着计算机的发展，串在文字编辑、词法扫描、符号处理以及定理证明等诸多领域已经得到了越来越广泛的应用。
第一节串的定义和表示1、串的逻辑结构定义串是由零个到任意多个字符组成的一个字符序列。
一般记为：S=’ a1a2a3……a n’(n>=0)其中S为串名，序列a1a2a3……a n为串值，n称为串的长度，我们将n=0的串称为空串(null string)。
串中任意一段连续的字符组成的子序列我们称之为该串的子串，字符在序列中的序号称为该字符在串中的位置。
在描述中，为了区分空串和空格串(s=‘’)，我们一般采用来表示空串。
2、串的基本操作串一般包含以下几种基本的常用操作：1、length(S)，求S串的长度。
2、delete(S,I,L)，将S串从第I位开始删除L位。
3、insert(S,I,T)，在S的第I位之前插入串T。
4、str(N,S)，将数字N转化为串S。
5、val(S,N,K)，将串S转化为数字N；K的作用是当S中含有不为数字的字符时，K记录下其位置，并且S没有被转化为N。
3、串的储存结构一般我们采用以下两种方式保存一个串：1、字符串类型，描述为：const n=串的最大长度type strtype=string[n]这里由于tp的限制，n只能为[1..255]。
在fp或者delphi中，我们还可以使用另外一种类型，描述为：const n=串的最大长度type strtype=qstring[n]这里的n就没有限制了，只要空间允许，开多大都可以。
2、数组来保存，描述为：const n=串的最大长度type strtype=records:array[1..n] of char;len:0..n;end;第二节模式匹配问题与一般的线性表不同，我们一般将串看成一个整体，它有一种特殊的操作——模式匹配。
模式匹配算法的原理及应用
2.模式匹配算法的改进—KMP算法
2.3主程序
int kmpindex ( SString s, SString t ) { int next [ Maxlen ],i=1,j=1,v; getnext ( t,next ); while (i<= s.len && j <= t.len ) { if (j==0 || s.date [i] == t.date [j]) { i++; j++; } else j = next [j]; //避免多余比较，匹配串指针回退到next[j]的位置 } if ( j > t.len ) v = i - t.len; // 若找到,返回主串的匹配首址 else v=-1; //若没找,返回-1 reture v; } 时间复杂度位O(m)
第一趟（详细过程） ababcabcacbab abcac
ababcabcacbab abcac
ababcabcacbab abcac 遇到不匹配的地方时指针回朔，每次移动一位
1.朴素的模式匹配算法
第二趟
ababcabcacbab abcac ababcabcacbab abcac ababcabcacbab abcac ababcabcacbab abcac ababcabcacbab abcac_
KMP算法的C#源代码
# include <stdio.h> # include <string.h> //kmp algorithm //getNext -------求模式串t[ ]的next[ ]---即滑动位置数组 int * getNext( int t[ ], int nextVal[ ] ) { int i = 1，j = 0; nextVal[1] = 0; while( i < t[0] ) { if ( j == 0 || t[i] == t[j] ) { i++;j++; if ( t[i] != t[j] ) nextVal[i] = j; else nextVal[i] = nextVal[j]; } else j = nextVal[j]; } return nextVal; }
实验三串的模式匹配
实验三串的模式匹配⼀、实验⽬的1、了解串的基本概念2、掌握串的模式匹配算法的实现⼆、实验预习说明以下概念1、模式匹配：数据结构中字符串的⼀种基本运算，给定⼀个⼦串，要求在某个字符串中找出与该⼦串相同的所有⼦串。
2、BF算法：BF算法，即暴⼒(Brute Force)算法，是普通的模式匹配算法，BF算法的思想就是将⽬标串S的第⼀个字符与模式串T的第⼀个字符进⾏匹配，若相等，则继续⽐较S的第⼆个字符和 T的第⼆个字符；若不相等，则⽐较S的第⼆个字符和T的第⼀个字符，依次⽐较下去，直到得出最后的匹配结果。
BF算法是⼀种蛮⼒算法。
3、KMP算法：KMP算法是⼀种改进的字符串匹配算法，KMP算法的核⼼是利⽤匹配失败后的信息，尽量减少模式串与主串的匹配次数以达到快速匹配的⽬的。
具体实现就是通过⼀个next()函数实现，函数本⾝包含了模式串的局部匹配信息。
三、实验内容和要求1、阅读并运⾏下⾯程序，根据输⼊写出运⾏结果。
#include<stdio.h>#include<string.h>#define MAXSIZE 100typedef struct{char data[MAXSIZE];int length;}SqString;int strCompare(SqString *s1,SqString *s2); /*串的⽐较*/void show_strCompare();void strSub(SqString *s,int start,int sublen,SqString *sub);/*求⼦串*/void show_subString();int strCompare(SqString *s1,SqString *s2){int i;for(i=0;i<s1->length&&i<s2->length;i++)if(s1->data[i]!=s2->data[i])return s1->data[i]-s2->data[i];return s1->length-s2->length;}void show_strCompare(){SqString s1,s2;int k;printf("\n***show Compare***\n");printf("input string s1:");gets(s1.data);s1.length=strlen(s1.data);printf("input string s2:");gets(s2.data);s2.length=strlen(s2.data);if((k=strCompare(&s1,&s2))==0)printf("s1=s2\n");else if(k<0)printf("s1<s2\n");elseprintf("s1>s2\n");printf("\n***show over***\n");}void strSub(SqString *s,int start,int sublen,SqString *sub){int i;if(start<1||start>s->length||sublen>s->length-start+1){sub->length=0;}for(i=0;i<sublen;i++)sub->data[i]=s->data[start+i-1];sub->length=sublen;}void show_subString(){SqString s,sub;int start,sublen,i;printf("\n***show subString***\n");printf("input string s:");gets(s.data);s.length=strlen(s.data);printf("input start:");scanf("%d",&start);printf("input sublen:");scanf("%d",&sublen);strSub(&s,start,sublen,&sub);if(sub.length==0)printf("ERROR!\n");else{printf("subString is :");for(i=0;i<sublen;i++)printf("%c",sub.data[i]);}printf("\n***show over***\n");}int main(){int n;do {printf("\n---String---\n");printf("1. strCompare\n");printf("2. subString\n");printf("0. EXIT\n");printf("\ninput choice:");scanf("%d",&n);getchar();switch(n){case 1:show_strCompare();break;case 2:show_subString();break;default:n=0;break;}}while(n);return 0;}运⾏程序输⼊：1studentstudents2Computer Data Stuctures104运⾏结果：2、实现串的模式匹配算法。
串的模式匹配算法
串的模式匹配算法在串的模式匹配算法中，最著名的算法包括暴力法、KMP算法、Boyer-Moore算法及其改进算法（Bad Character Rule和Good Suffix Rule）等。
下面将对这些算法进行详细介绍。
1. 暴力法（Brute Force）：暴力法是最简单的模式匹配算法，其基本思想是从文本串的第一个字符开始与模式串逐个比较，如存在字符不匹配，则在文本串中向后移动一位重新开始匹配，直到找到匹配的位置或者遍历完整个文本串。
暴力法的时间复杂度为O(mn)，其中m和n分别为文本串和模式串的长度。
2. KMP算法（Knuth-Morris-Pratt Algorithm）：KMP算法是一种高效的模式匹配算法，利用已匹配的字符信息来避免不必要的匹配比较。
算法的核心思想是通过预处理模式串构建一个next数组（或称为部分匹配表），记录模式串中能够跳过的位置。
当出现字符不匹配时，根据next数组中的值来决定模式串的移动位置。
KMP算法的时间复杂度为O(m+n)，其中m和n分别为文本串和模式串的长度。
3. Boyer-Moore算法：Boyer-Moore算法是一种基于“坏字符规则”（Bad Character Rule）和“好后缀规则”（Good Suffix Rule）的模式匹配算法。
坏字符规则指的是在字符串匹配过程中，若出现不匹配情况，则将模式串向右移动，直到模式串中的字符与坏字符对齐。
而好后缀规则则是根据好后缀在模式串中出现的位置来进行移动。
Boyer-Moore算法的时间复杂度为O(mn)，但在实际应用中，其平均性能往往优于KMP算法。
4. 改进的Boyer-Moore算法：改进的Boyer-Moore算法对原始的Boyer-Moore算法进行了优化，提出了“坏字符规则”的改进和“好后缀规则”的改进。
其中，“坏字符规则”的改进包括“坏字符数组”（Bad Character Array）和“好后缀规则”的改进包括“好后缀数组”（Good Suffix Array）。
实验六 串的模式匹配
⑵用KMP算法进行匹配。 (3)程序运行的结果要在屏幕上显示：
简单的朴素模式匹配算法中，模式串的位置、出现的次数。 模式串的next函数值。 说明：下课前请将源代码的.c（或.cpp） KMP算法的匹配位置。 文件以及.h文件打包后重命名为
“p6_姓名简拼_学号后三位”， 然后提交到教师机！
【实验内容】编写程序，实现顺序串的模式匹配算法。 【基本要求】在主程序中调用算法，输入一个主串和模式串， 在主串中检索模式串，显示模式串在主串中出现的次数和 位置。 ⑴用简单的朴素模式匹配算法计模式串出现 的次数； 从主串的任意给定位置检索模式串。
【实现提示】
要统计模式串在主串中出现的次数，可以先确定从
主串中第一个字符起，模式串的位置，然后再利用 指定位置的匹配算法找出其他匹配的位置； 利用一个数组来存放所有模式串出现的位置，然后 将这些位置依次打印输出。 串值在数组中存储时，是从数组的0号单元开始存 放的。注意修改教材中Next函数和KMP算法函数 中的变量！ 至少包含以下头文件： #include <stdio.h> #include <string.h> #include <conio.h>
串的模式匹配算法
串的模式匹配算法字符串模式匹配是计算机科学中一种常用的算法。
它是一种检索字符串中特定模式的技术，可以用来在字符串中查找相应的模式，进而完成相应的任务。
字符串模式匹配的基本思想是，用一个模式串pattern去匹配另一个主串text，如果在text中找到和pattern完全匹配的子串，则该子串就是pattern的匹配串。
字符串模式匹配的过程就是在text中搜索所有可能的子串，然后比较它们是否和pattern完全匹配。
字符串模式匹配的算法有很多，其中著名的有暴力匹配算法、KMP算法、BM算法和Sunday算法等。
暴力匹配算法是最简单也是最常用的字符串模式匹配算法，其思想是从主串的某一位置开始，依次比较pattern中每一个字符，如果某个字符不匹配，则从主串的下一位置重新开始匹配。
KMP算法（Knuth-Morris-Pratt算法）是一种更为高效的字符串模式匹配算法，它的特点是利用了已匹配过的字符的信息，使搜索更加有效。
它的实现思想是，在pattern中先建立一个next数组，next数组的值代表pattern中每个字符前面的字符串的最大公共前缀和最大公共后缀的长度，这样可以在主串和模式串匹配失败时，利用next数组跳转到更有可能匹配成功的位置继续搜索，从而提高字符串模式匹配的效率。
BM算法（Boyer-Moore算法）也是一种高效的字符串模式匹配算法，它的实现思想是利用主串中每个字符最后出现的位置信息，以及模式串中每个字符最右出现的位置信息来跳转搜索，从而减少不必要的比较次数，提高搜索效率。
Sunday算法是一种简单而高效的字符串模式匹配算法，它的实现思想是，在主串中搜索时，每次从pattern的最右边开始比较，如果不匹配，则根据主串中下一个字符在pattern中出现的位置，将pattern整体向右移动相应位数，继续比较，这样可以减少不必要的比较次数，提高算法的效率。
字符串模式匹配算法的应用非常广泛，它可以用来查找文本中的关键字，检查一个字符串是否以另一个字符串开头或结尾，查找文本中的模式，查找拼写错误，检查字符串中是否包含特定的字符等。
4.3 串的模式匹配算法
这是串的一种重要操作，很多软件，若有“编辑”菜单项的 话，则其中必有“查找”子菜单项。
首先，回忆一下串匹配（查找）的定义: INDEX (S, T, pos)
初始条件：串S和T存在，T是非空串， 1≤pos≤StrLength(S)。
操作结果：若主串S中存在和串T值相同的子串返回 它在主串S中第pos个字符之后第一次出
若令next[ j]=k， 则next[ j]表明当模式中第 j 个字符与主串中 相应字符‘失配’时，在模式中需重新和主串中该字符进行比较的 字符的位置。由此可引出模式串的next函数的定义：
0
当 j = 1时
Max{k | 1 < k < j
next [j] =
且' p p L p ' =' p L p ' } 1 2 k-1 j-k+1 j-1
else return 0;
} // Index
算法 4.5
在算法4.5中，分别利用计数指针 i 和 j 指示主串 S 和模 式串 T 中当前正待比较的字符位置。
算法的基本思想是：从主串S的第 pos 个字符起和模式 的第一个字符比较之，若相等，则继续逐个比较后续字符；否 则从主串的下一个字符起再重新和模式的字符比较之。依此类 推，直至模式 T 中的每个字符依次和主串 S 中的一个连续的 字符序列相等，则称匹配成功，函数值为和模式 T 中第一个 字符相等的字符在主串 S 中的序号，否则称匹配不成功，函 数值为零。
i = 1; next[1] = 0; j = 0;
while (i < T[0]) {
if ( j = 0 || T[i] == T[ j])
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模式匹配算法及应用教案
模式匹配算法是指在一个文本字符串中查找一个给定的模式（也称为目标字符串）的算法。
在计算机科学中，模式匹配是一个非常重要的问题，在许多应用领域都有广泛的应用，如字符串匹配、数据压缩、图像处理等。
一、模式匹配算法的分类
1. 朴素模式匹配算法：
朴素模式匹配算法（也称为暴力算法）是一种简单直观的模式匹配算法。
它的基本思想是从目标字符串的第一个字符开始，对比目标字符串和模式字符串的每个字符是否相等，如果不等，则向右移动目标字符串一个位置，再次开始对比；如果相等，则继续对比下一个字符，直到模式字符串的所有字符都匹配成功或目标字符串结束。
朴素模式匹配算法的时间复杂度为O(mn)，其中m是目标字符串的长度，n 是模式字符串的长度。
2. KMP算法：
KMP算法是一种高效的模式匹配算法，它的核心思想是通过利用已匹配部分的信息来避免不必要的对比。
具体来说，KMP算法通过构建一个"部分匹配表"（也称为next数组），来记录模式字符串中每个字符前面的最长匹配前缀和后缀的长度。
在匹配过程中，当出现不匹配的字符时，可以利用部分匹配表的信息来确定下一次对比的位置，从而实现跳跃式的移动。
KMP算法的时间复杂度为O(m+n)，其中m是目标字符串的长度，n是模
式字符串的长度。
3. Boyer-Moore算法：
Boyer-Moore算法是一种基于字符比较的模式匹配算法，它的主要思想是从目标字符串的最末尾开始比较。
通过预先计算模式字符串中的每个字符在模式字符串中最右出现的位置，可以根据目标字符串中不匹配的字符在模式字符串中的位置进行跳跃移动，从而实现快速的匹配。
Boyer-Moore算法的时间复杂度平均情况下为O(n/m)，其中n是目标字符串的长度，m是模式字符串的长度。
二、模式匹配算法的应用
1. 字符串匹配：
字符串匹配是模式匹配算法的最常见应用之一。
在很多应用中，需要在一个文本字符串中查找给定的子字符串。
例如，搜索引擎在处理用户的查询时，需要查找和用户输入相匹配的网页内容。
模式匹配算法可以高效地实现这个功能。
2. 数据压缩：
在数据压缩中，模式匹配算法可以用于查找并替换重复出现的模式。
通过将重复模式替换为较短的代表符号，可以实现数据的压缩。
例如，
Lempel-Ziv-Welch（LZW）压缩算法就是一种基于模式匹配的数据压缩算法。
3. 图像处理：
在图像处理中，模式匹配算法可以用于图像识别和目标检测。
通过比较图像中的模式和已知的参考模式，可以识别和检测出不同的物体或形状。
例如，在人脸识别中，可以使用模式匹配算法来识别人脸图像中的特征点。
总结：
模式匹配算法是计算机科学中一类重要的算法，它在许多应用领域都有广泛的应用。
朴素模式匹配算法、KMP算法和Boyer-Moore算法是常见的模式匹配算法，它们分别有不同的优势和适用场景。
掌握和应用这些模式匹配算法，可以提高程序的效率和实现各种有趣的应用。