子列表搜索算法

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到目前为止，在本教程中，我们只看到了如何在元素的顺序序列中搜索一个元素。但是子列表搜索算法提供了一个在另一个链表中搜索链表的过程。它的工作原理与任何简单的模式匹配算法类似，其目的是确定一个列表是否存在于另一个列表中。

该算法遍历链表，其中一个列表的第一个元素与第二个列表的第一个元素进行比较；如果未找到匹配项，则第一个列表的第二个元素与第二个列表的第一个元素进行比较。此过程持续进行，直到找到匹配项或到达列表的末尾。

例如，考虑两个值为 {4, 6, 7, 3, 8, 2, 6} 和 {3, 8, 2} 的链表。子列表搜索检查第二个列表的值是否出现在第一个链表中。输出以布尔值 {True, False} 获得。它不能返回子列表的位置，因为链表不是有序的数据结构。

Sublist_Search

注意 - 只有当第二个链表以完全相同的顺序出现在第一个列表中时，才会返回 true。

子列表搜索算法

该算法的主要目的是证明一个链表是另一个列表的子列表。在此过程中，搜索是线性进行的，逐个检查链表的每个元素；如果输出返回 true，则证明第二个列表是第一个链表的子列表。

子列表搜索算法的过程如下：

步骤 1 - 保持两个指针，每个指针指向一个列表。这些指针用于遍历链表。

步骤 2 - 检查链表的基本情况：

  • 如果两个链表都为空，则输出返回 true。

  • 如果第二个列表不为空但第一个列表为空，则我们返回 false。

  • 如果第一个列表不为空但第二个列表为空，则我们返回 false。

步骤 3 - 一旦确定两个列表都不为空，就使用指针逐个元素遍历列表。

步骤 4 - 比较第一个链表的第一个元素和第二个链表的第一个元素；如果匹配，则两个指针分别指向两个列表中的下一个值。

步骤 5 - 如果不匹配，则将第二个列表中的指针保持在第一个元素，但将第一个列表中的指针向前移动。再次比较元素。

步骤 6 - 重复步骤 4 和 5，直到到达列表的末尾。

步骤 7 - 如果找到输出，则返回 TRUE；否则返回 FALSE。

伪代码

Begin Sublist Search
   list_ptr -> points to the first list
   sub_ptr -> points to the second list
   ptr1 = list_ptr
   ptr2 = sub_ptr
   if list_ptr := NULL and sub_ptr := NULL then:
      return TRUE
   end
   else if sub_ptr := NULL or sub_ptr != NULL and list_ptr := NULL then:
      return FALSE
   end
   while list_ptr != NULL do:
      ptr1 = list_ptr
      while ptr2 != NULL do:
         if ptr1 := NULL then:
            return false
         else if ptr2->data := ptr1->data then:
            ptr2 = ptr2->next
            ptr1 = ptr1->next
         else break
      done
      if ptr2 := NULL
         return TRUE
         ptr2 := sub_ptr
         list_ptr := list.ptr->next
   done
   return FALSE
end

分析

子列表搜索的时间复杂度取决于所涉及的两个链表中存在的元素数量。算法执行的最坏情况时间为 O(m*n)，其中 m 是第一个链表中存在的元素数量，n 是第二个链表中存在的元素数量。

示例

假设我们有两个链表，其元素如下：

List 1 = {2, 5, 3, 3, 6, 7, 0}
List 2 = {6, 7, 0}

使用子列表搜索，我们需要找出列表 2 是否存在于列表 1 中。

sublist_search_diagram

步骤 1

将列表 2 的第一个元素与列表 1 的第一个元素进行比较。它不匹配，因此列表 1 中的指针移动到它的下一个内存地址。

Compare_lists

步骤 2

在此步骤中，将列表 1 的第二个元素与列表 2 的第一个元素进行比较。它不匹配，因此列表 1 中的指针移动到下一个内存地址。

moves_next_memory_address

步骤 3

现在，将列表 1 中的第三个元素与列表 2 中的第一个元素进行比较。由于它不匹配，因此列表 1 中的指针向前移动。

List_1_moves_forward

步骤 4

现在，将列表 1 中的第四个元素与列表 2 中的第一个元素进行比较。由于它不匹配，因此列表 1 中的指针向前移动。

pointer_moved_forward

步骤 5

现在，将列表 1 中的第五个元素与列表 2 中的第一个元素进行比较。由于它匹配，因此列表 1 和列表 2 中的指针都向前移动。

List1_List2_move_forward

步骤 6

将列表 1 中的第六个元素与列表 2 中的第二个元素进行比较。由于它也匹配，因此列表 1 和列表 2 中的指针都向前移动。

sixth_element_compare

步骤 7

将列表 1 中的第七个元素与列表 2 中的第三个元素进行比较。由于它也匹配，因此证明列表 2 是列表 1 的子列表。

seventh_element_compare

输出返回 TRUE。

实现

在子列表搜索实现中，首先使用 C 语言中的 struct 关键字以及 C++、JAVA 和 Python 语言中的对象创建链表。检查这些链表是否为空；然后逐个线性比较元素以查找匹配项。如果第二个链表以相同的顺序出现在第一个链表中，则输出返回 TRUE；否则输出打印 FALSE。

在本教程中，子列表搜索在四种不同的编程语言中执行 - C、C++、JAVA 和 Python。

C C++ Java Python
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
struct Node {
   int data;
   struct Node* next;
};
struct Node *newNode(int key){
   struct Node *val = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));;
   val-> data= key;
   val->next = NULL;
   return val;
}
bool sublist_search(struct Node* list_ptr, struct Node* sub_ptr){
   struct Node* ptr1 = list_ptr, *ptr2 = sub_ptr;
   if (list_ptr == NULL && sub_ptr == NULL)
      return true;
   if ( sub_ptr == NULL || (sub_ptr != NULL && list_ptr == NULL))
      return false;
   while (list_ptr != NULL) {
      ptr1 = list_ptr;
      while (ptr2 != NULL) {
         if (ptr1 == NULL)
            return false;
         else if (ptr2->data == ptr1->data) {
            ptr2 = ptr2->next;
            ptr1 = ptr1->next;
         } else
            break;
      }
      if (ptr2 == NULL)
         return true;
      ptr2 = sub_ptr;
      list_ptr = list_ptr->next;
   }
   return false;
}
int main(){
   struct Node *list = newNode(2);
   list->next = newNode(5);
   list->next->next = newNode(3);
   list->next->next->next = newNode(3);
   list->next->next->next->next = newNode(6);
   list->next->next->next->next->next = newNode(7);
   list->next->next->next->next->next->next = newNode(0);
   struct Node *sub_list = newNode(3);
   sub_list->next = newNode(6);
   sub_list->next->next = newNode(7);
   bool res = sublist_search(list, sub_list);
   if (res)
      printf("Is the sublist present in the list? %d" , res);
}

输出

Is the sublist present in the list? 1

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
struct Node {
   int data;
   Node* next;
};
Node *newNode(int key){
   Node *val = new Node;
   val-> data= key;
   val->next = NULL;
   return val;
}
bool sublist_search(Node* list_ptr, Node* sub_ptr){
   Node* ptr1 = list_ptr, *ptr2 = sub_ptr;
   if (list_ptr == NULL && sub_ptr == NULL)
      return true;
   if ( sub_ptr == NULL || (sub_ptr != NULL && list_ptr == NULL))
      return false;
   while (list_ptr != NULL) {
      ptr1 = list_ptr;
      while (ptr2 != NULL) {
         if (ptr1 == NULL)
            return false;
         else if (ptr2->data == ptr1->data) {
            ptr2 = ptr2->next;
            ptr1 = ptr1->next;
         } else
            break;
      }
      if (ptr2 == NULL)
         return true;
      ptr2 = sub_ptr;
      list_ptr = list_ptr->next;
   }
   return false;
}
int main(){
   Node *list = newNode(2);
   list->next = newNode(5);
   list->next->next = newNode(3);
   list->next->next->next = newNode(3);
   list->next->next->next->next = newNode(6);
   list->next->next->next->next->next = newNode(7);
   list->next->next->next->next->next->next = newNode(0);
   Node *sub_list = newNode(3);
   sub_list->next = newNode(6);
   sub_list->next->next = newNode(7);
   bool res = sublist_search(list, sub_list);
   if (res)
      cout << "Is the sublist present in the list? "<<res;
}

输出

Is the sublist present in the list? 1

import java.io.*;
public class SublistSearch {
   public static class Node {
      int data;
      Node next;
   }
   public static Node newNode(int key) {
      Node val = new Node();
      val.data= key;
      val.next = null;
      return val;
   }
   public static boolean sublist_search(Node list_ptr, Node sub_ptr) {
      Node ptr1 = list_ptr, ptr2 = sub_ptr;
      if (list_ptr == null && sub_ptr == null)
         return true;
      if ( sub_ptr == null || (sub_ptr != null && list_ptr == null))
         return false;
      while (list_ptr != null) {
         ptr1 = list_ptr;
         while (ptr2 != null) {
            if (ptr1 == null)
               return false;
            else if (ptr2.data == ptr1.data) {
               ptr2 = ptr2.next;
               ptr1 = ptr1.next;
            } else
               break;
         }
         if (ptr2 == null)
            return true;
         ptr2 = sub_ptr;
         list_ptr = list_ptr.next;
      }
      return false;
   }
   public static void main(String args[]) {
      Node list = newNode(2);
      list.next = newNode(5);
      list.next.next = newNode(3);
      list.next.next.next = newNode(3);
      list.next.next.next.next = newNode(6);
      list.next.next.next.next.next = newNode(7);
      list.next.next.next.next.next.next = newNode(0);
      Node sub_list = newNode(3);
      sub_list.next = newNode(6);
      sub_list.next.next = newNode(7);
	  boolean res = sublist_search(list, sub_list);
      if (res){
	     System.out.print("Is the sublist present in the list? " + res);
	  } 
   }
}

输出

Is the sublist present in the list? true

class Node:
   def __init__(self, val = 0):
      self.val = val
      self.next = None
def sublist_search(sub_ptr, list_ptr):
   if not sub_ptr and not list_ptr:
      return True
   if not sub_ptr or not list_ptr:
      return False
   ptr1 = sub_ptr
   ptr2 = list_ptr
   while ptr2:
      ptr2 = list_ptr
      while ptr1:
         if not ptr2:
            return False
         elif ptr1.val == ptr2.val:
            ptr1 = ptr1.next
            ptr2 = ptr2.next
         else:
            break
      if not ptr1:
         return True
      ptr1 = sub_ptr
      list_ptr = list_ptr.next
   return False
node_sublist = Node(3)
node_sublist.next = Node(3)
node_sublist.next.next = Node(6)
node_list = Node(2)
node_list.next = Node(5)
node_list.next.next = Node(3)
node_list.next.next.next = Node(3)
node_list.next.next.next.next = Node(6)
node_list.next.next.next.next.next = Node(7)
node_list.next.next.next.next.next.next = Node(0)
res = sublist_search(node_sublist, node_list)
if res == True:
   print("Is the sublist present in the list? ", res)

输出

Is the sublist present in the list?  True
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