《KMP_字符串模式匹配算法》教学课例.docVIP

《KMP 字符串模式匹配算法》教学课例 程玉胜 安庆师范学院计算机与信息学院 KMP字符串模式匹配是数据结构课程中一个重要的知识点，也是一个难点（学过KMP算法的同学100％认为:KMP是数据结构课程中最难的部分）。为了消除他们对KMP算法学习的恐惧心理，激发他们的学习兴趣，调动其积极性，显得尤为重要。 基于以上，我们根据学生的认知特点和接受水平，对教材内容进行了重新构建，并按照数据结构中“时间复杂度”概念，增加了不同模式匹配算法的运行时间，动态逼真的显示了算法的“时间”性能，获得了较好的教学效果。 教学目标 知识目标：让学生了解KMP算法应用的普遍性。如：在目前众多的文字处理软件中得到广泛应用，如Microsoft Word中的“查找”或“替换”操作。而这种操作实现的机制，同学们特别是计算机专业的学生很少去想过。 能力目标：要求学生体验一个完整的抽象数据类型（ADT）的实现方法和过程，并学会判断、计算算法优劣的方法。 价值目标：消除恐怖的学习心态，让学生感悟数据结构算法实际应用价值，从而激发学习的兴趣，形成积极主动式学习的态度。 教材分析 使用教材是清华大学严蔚敏教授并由清华大学出版社出版的《数据结构（C语言版）》，该教材难度较大，其实验方法特别是ADT方法在教材中介绍较少，而且KMP算法更是从理论分析的角度介绍了匹配算法和next的计算，自学难度很大；虽然该节知识点属于“**（表示难度较大，可以不讲）”，但是其又是考研的一个热点，所以我们又不得不讲。 教学重点、难点 教学重点：KMP算法中的next和改进的nextval计算 教学难点：KMP算法中如何计算next值 教具准备 卡 片：多个字符串，字符串指针 强力磁吸：6个 互动式教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 目标状态 创设情境引入课题 目前的众多软件中，“查找”、“替换”等操作实现方法，要求学生举例。 给出一篇word文档 完成在上述文档中从当前位置向后查找“计算机”或者向前查找“计算机”字符串的方法。 这些软件中“查找”操作是怎么实现的？ 提出问题 教师给出如下任务：手动演示如下两个字符串的查找操作。 例如：在串S=”abcabcabdabba”中查找T=” abcabd”的位置。 学生分组讨论，演示“查找”过程，如图（教具演示） 我们发现比较到S[6] 和T[6]不等时，怎么办？ 解决问题 | 简单匹配算法 引入“简单匹配算法” 给出上例的匹配过程前两步： 第一趟、 第二趟、 学生完成匹配后面过程 第三趟、 第四趟、 要求学生计算匹配次数：通过4次匹配，终于在S串中“查找”到T串，位置时4 在第一趟比较后，进行的第二趟、第三趟比较有必要吗？ 进一步提出问题 第一趟后，当S[6]≠T[6]时， 第二趟进行S[2]与T[1]比较是必要的吗？ 第三趟进行S[3]与T[1]比较是必要的吗？ 第四趟进行S[4]与T[1]比较是必要的吗？ 第四趟进行S[4]与T[2]比较是必要的吗？ 学生讨论，然后找学生提问，最后证明。 如果是不必要的，那么第一趟后，当S[6]≠T[6]时， S[6]与T[ ？]比较是必要的呢！“？”怎么求？ 解决问题 | KMP匹配算法 引入“MP匹配算法” 第一趟，当S[6]≠T[6]时， S下标不是回溯到2，T下标也不是回溯到开始，而是根据T中T[6]==’d’的模式函数值（next[6]=3，为什么？后面讲）进行匹配，要求学生完成匹配过程 当S[6]≠T[6]时，根据next[6]=3匹配过程： 要求学生计算匹配次数：仅通过2次匹配，终于在S串中“查找”到T串，位置时4 next[6]=3含义： 其实这个3表示T[6]==’d’的前面有2个字符和开始的两个字符相同” 怎么求串的模式值 next[n]？ 教学重点内容| next值的计算 引入“模式值next[n]的计算” 定义 ：略 例二、求T=“abcab”的模式函数的值。 下标 1 2 3 4 5 T a b c a b next 0 1 1 1 2 设T=“abcab”，S＝“abcadcabcab”，利用KMP算法进行匹配，几次匹配成功？存在什么问题？ 问题的进一步提出 第一趟： 当出现S[5]≠T[5]时，根据next[5]=2,得： 第二趟、 第三趟、 学生完成后面的工作： 要求学生计算匹配次数：仅通过5次匹配，在S串中“查找”到T串，位置时7 比如：“abcab”模式串中，NEXT值为(0 1 1 1 2 )。当比较到T[5]=b不成功时，原NEXT的值跟T[2]比较，可事实上，T[2]也是b，与T[5]相同，所以可以直接跟T[1]比较。 可见，第二趟比较是多余的，那么如何改进呢？ 教学重点内容| nextval值的计算 next[n