华为机试——正则表达式切词（栈和KMP匹配）

✊✊✊🌈大家好！本篇文章将较详细介绍一道考点为栈和KMP匹配的华为机试题目正则表达式切词。代码语言为：C++代码😇。
可以参考力扣题目和kmp算法博客：
394. 字符串解码(HOT100)
KMP算法详解及C++实现

🎡导航小助手🎡

- 394. 字符串解码

394. 字符串解码

🔒1、题目：

已知存在种字符串解析语法,其中的语法元素如下：

N：用于江配单个数字(0-9)

A：用于四配单个字母(a-z，A-Z)

n()：用于表示一个分组，分组中至少有一个N语法元素或者A语法元素，n为个数值,表示匹配n次，1<=n<=200

输入给定的解析语法和字符串，要求从中找到第一个满足解析语法的字符串。

输入描述
输入两行数据，第一行是给定的解析语法，第二行是目标字符串。

输出描述
输出匹配的子字符串内容，如果没有匹配中任何字符串，输出!（英文感叹号）
🌲 示例 1🌲：

输入：
	2(AN)
	BA3A3ABB
输出：
	A3A3

🌲 示例 2🌲：

输入：
	2(A2(N))
	A3322A33P20BB
输出：
	A33P20

☀️2、思路：

首先需要将模式串展开，比如2(A2(N))需展开为ANNANN。
难点在于括号内嵌套括号，需要从内向外生成与拼接字符串，这与栈的先入后出特性对应。

定义num存放解码出来的倍数，st存放num和临时字符串的结果。遍历字符串s中每个字符c;
- 当 c为数字时，将字符转换为数值，赋给num；
- c为字母时，在res后面添加c；
- c 为(时，将倍数num和res入栈，然后分别置空置0（进入新的[，需要重新开始记录）
- c 为)时，将倍数num和res出栈,进行拼接。

之后利用KMP进行匹配。
KMP算法的核心思想：利用已匹配的信息来减少回溯的次数
首先next数组的第一个元素一定是0（因为只有一个字符的子串连前后缀都没有，更没有相同的前后缀了），那么我们得出一个前缀子串加上下一个字符后形成的前缀子串的最大前后缀长度的方法就是根据该前缀子串的最大前后缀长度来考虑，分为两种情况：
1、最简单的情况，当前前缀子串的下一个字符和该前缀子串的第n + 1位（n为当前前缀子串的最大前后缀子串的长度）相同，那么加上这个字符后形成的新的前缀子串的最大前后缀长度就是n + 1，例如（当前前缀子串为ABA（最大前后缀长度为1）,下一个字符为B）

在这里插入图片描述

if(pattern[i] == pattern[j])  j++;

2、比较复杂，也是整个算法的难点，当前前缀子串的下一个字符和该前缀子串的第n + 1位（n为当前前缀子串的最大前后缀子串的长度）不相同，这时就要往回找，直到找到和新的字符能匹配的位置，而往回找的过程也是要遵循一个基本原则：不匹配字符之前的部分一定能保证匹配，而我们在之前找到的next部分数组恰好记录了前面所有子串的最大前后缀长度，那么我们就可以利用这点来进行往回找能与新字符匹配的字符而能遵循基本原则并且快速，举个例子：

在这里插入图片描述

while（j > 0 && pattern[i] != pattern[j])
{
	j = next[j - 1];
}

查询失配字符之前的前缀子串的最大前后缀长度（即失配字符的前一位对应的next数组的值）为n，然后将模式串的第n位匹配到失配字符之前的前缀子串的末位（在代码中的体现就是失配字符target[i]和第n+1个字符pattern[j]比对），翻译成代码如下：

  auto check = [](char a, char b) -> bool {
        if (b == 'A' && isalpha(a)) return true;
        if (b == 'N' && isdigit(a)) return true;
        return false;
    };


    for (int i = 0, j = 0; i < s.size(); ++i) {
        while (j && !check(s[i], t[j])) j = next[j-1];
        if (check(s[i], t[j])) ++j;
        if (j == t.size()) {
            cout << s.substr(i - t.size() + 1, t.size() ) << endl;
            return 0;
        }
    }

复杂度分析：
⏳时间复杂度 O(N)
🏠空间复杂度 O(N)

🔑3、代码：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

int main()
{
    string t, s;
    cin >> t >> s;
    //模式串展开
    stack<pair<int, string>> st;
    int num = 0;
    string res = "";
    for (auto c : t) {
        if (c >= '0' && c <= '9') { //整数取值，0~300
            num = num * 10 + (c - '0');
        } //num记录下数字
        else if (c == '(') { //把倍数和之前的res存起来
            st.emplace(make_pair(num, res));
            num = 0;
            res = "";
        }
        else if (c == ')') { //遇到]出栈数字和字符串，组装
            int n = st.top().first;
            string a = st.top().second;
            st.pop();
            if (n * res.size() + a.size() > s.size()) { //res临时字符串 //a之前的字符串
                cout << "!" << endl;
                return 0;
            }

            for (int i = 0; i < n; i++) a += res;
            res = a;
        }
        else {
            res += c;
            if (res.size() > s.size()) {
                cout << "!" << endl;
                return 0;
            }
        }
    }
    // KMP匹配
    t = res;
    //cout << t << endl;

    vector<int> next;
    next.push_back(0);	//next容器的首位必定为0
    for (int i = 1, j = 0; i <t.length(); i++)
    {
        while (j > 0 && t[j] != t[i])
        {
            j = next[j - 1];
        }
        if (t[i] == t[j])
        {
            j++;
        }
        next.push_back(j);
    }

    auto check = [](char a, char b) -> bool {
        if (b == 'A' && isalpha(a)) return true;
        if (b == 'N' && isdigit(a)) return true;
        return false;
    };


    for (int i = 0, j = 0; i < s.size(); ++i) {
        while (j && !check(s[i], t[j])) j = next[j-1];
        if (check(s[i], t[j])) ++j;
        if (j == t.size()) {
            cout << s.substr(i - t.size() + 1, t.size() ) << endl;
            return 0;
        }
    }
    cout << "!" << endl;
    return 0;
}