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软件设计师2016下半年下午——KMP算法和装饰设计模式

news 2025/6/27 16:53:44

下面是提供的代码的逐行注释，以及对next数组在KMP算法中的作用的解释：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;void buildNextArray(const char* pattern, vector<int>& next) {int m = strlen(pattern);    // 获取模式串的长度int j = 0;next[0] = 0;  // 第一个字符的next值始终为0for (int i = 1; i < m; i++) {while (j > 0 && pattern[i] != pattern[j])j = next[j - 1];  // 回溯到前一个字符的next值if (pattern[i] == pattern[j])j++;next[i] = j;}
}int KMP(const char* text, const char* pattern) {int n = strlen(text);  // 获取文本串的长度int m = strlen(pattern);  // 获取模式串的长度vector<int> next(m);  // 创建next数组并初始化buildNextArray(pattern, next);  // 构建next数组int i = 0, j = 0;while (i < n) {if (pattern[j] == text[i]) {i++;j++;if (j == m) {return i - j;  // 匹配成功，返回起始位置}} else {if (j != 0) {j = next[j - 1];  // 回溯到前一个字符的next值} else {i++;}}}return -1;  // 未找到匹配
}int main() {char str[] = "bacbababadababacambabacaddababacasdsd";char ptr[] = "ababaca";int result = KMP(str, ptr);if (result != -1) {cout << "Pattern found at index " << result << endl;} else {cout << "Pattern not found in the text." << endl;}return 0;
}

next数组在KMP算法中的作用是，它保存了每个字符对应的"最长相等前缀后缀长度"。这个信息帮助算法避免在不匹配时重复比较已经匹配的部分。next数组中的值告诉算法在不匹配时应该将模式串向后滑动多远，从而最大程度地减少比较操作的次数，提高匹配效率。

算法理解

好的，下面我将用一个比喻来解释KMP算法：

想象你正在阅读一本英语书，但你的英语水平有限，只能阅读英语中的一部分文字。你希望在这本书中找到一个特定的单词，比如 “HELLO”。

Naïve Approach：
在一本书中查找单词的朴素方法是从第一页开始，逐页翻阅，每次比较一页上的文字是否与单词匹配。如果不匹配，就翻到下一页再次尝试。这个过程需要不断地翻页和比较，可能需要很长时间才能找到单词。

KMP算法：
现在，你拥有一本字典，其中列出了各种英语单词以及它们的发音。你可以在字典中查找 “HELLO”，并得到 “HELLO” 这个单词的发音。然后，你可以在书中查找一个特定单词，比如 “HELLO”，并试着匹配发音而不是文字。

现在，当你在书中找到一段文字时，你可以直接比较这段文字的发音是否与 “HELLO” 的发音相匹配，而不需要一页一页翻阅。如果不匹配，你可以使用发音字典的信息，跳过一些文字，以减少不匹配的次数。这样，你可以更快地找到 “HELLO”。

KMP算法就像使用发音字典一样，它通过预处理模式字符串（单词）来构建一个跳转表（next数组），这个表告诉你在不匹配时应该跳过多远，以减少比较的次数。这使得KMP算法能够更高效地在文本中查找模式，特别是当模式很长时。

下面是你提供的代码，并在需要的地方填上合适的代码，同时提供相关的解释：

class Invoice {public void printInvoice() {System.out.println("This is the content of the invoice!");}
}class Decorator extends Invoice {protected Invoice ticket;public Decorator(Invoice t) {ticket = t;}public void printInvoice() {if (ticket != null) {ticket.printInvoice(); // (1) 调用包装的发票对象的打印方法}}
}class HeadDecorator extends Decorator {public HeadDecorator(Invoice t) {super(t);}public void printInvoice() {System.out.println("This is the header of the invoice!");super.printInvoice(); // (2) 调用父类的打印方法，以便在头部之后继续打印}
}class FootDecorator extends Decorator {public FootDecorator(Invoice t) {super(t);}public void printInvoice() {super.printInvoice(); // (3) 调用父类的打印方法，以便在底部之前继续打印System.out.println("This is the footnote of the invoice!");}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Invoice t = new Invoice();Invoice ticket;// (4) 创建一个嵌套的装饰器链：头部 -> 原始发票 -> 底部ticket = new FootDecorator(new HeadDecorator(t));ticket.printInvoice(); // 输出装饰的结果System.out.println("------------------");// (5) 创建另一个嵌套的装饰器链：头部 -> 原始发票 -> 底部ticket = new HeadDecorator(new FootDecorator(t));ticket.printInvoice(); // 输出不同顺序的装饰结果}
}

逐行解释：

ticket.printInvoice(); 在 Decorator 类的 printInvoice 方法中，调用包装的发票对象的打印方法，以实现在原始发票内容之上添加额外的内容。
super.printInvoice(); 在 HeadDecorator 类的 printInvoice 方法中，调用父类的打印方法，以便在头部之后继续打印原始发票内容。
super.printInvoice(); 在 FootDecorator 类的 printInvoice 方法中，调用父类的打印方法，以便在底部之前继续打印原始发票内容。
创建一个嵌套的装饰器链，先添加底部装饰器，然后再添加头部装饰器，最后包装了原始的 t 发票对象，以实现底部内容、原始内容和头部内容的顺序。
创建另一个嵌套的装饰器链，先添加头部装饰器，然后再添加底部装饰器，不同于第一个链的顺序。