第15周报告2: 操作字符数组

任务2（字符数组和字符串）：给出一个字符数组char str[]，在程序中赋初值为一个句子，例如char str[]=”he threw threefree throws”，自编函数完成下面的功能：

（1）求出字符数组中字符的个数（从第一个字符读起，直到读到’\0’结束计数）（对于例句，输出为26）；

（2）计算句子中各字符出现的频数

算法提示：

(a) i=0

(b)取字符串中的第i个符号c

(c)如果在c未在i之前出现过，在i位置上是第一次出现，频数f=1，从i+1位置到字符串结束，c每出现一次，f++，最后输出c-f(即字符-频数)对；如果在c在i之前出现过，则代表c字符已经计算过频数，不再处理，直接转(d)步；

(d)i++，若处理完，转(b)步；

可以动脑想想，或者集体讨论一下还可以采用什么算法完成这一道题，可能的算法很多。

实验目的：学会操作字符数组

实验内容：完成对字符数组的操作

/* 程序头部注释开始
* 程序的版权和版本声明部分
* Copyright (c) 2011, 烟台大学计算机学院学生
* All rights reserved.
* 文件名称：  char_array.cpp
* 作    者：     贺利坚
* 完成日期：  2011  年   12  月   4 日
* 版本 号：    v1.0
* 对任务及求解方法的描述部分
* 输入描述：要处理的字符串在程序中通过赋初值完成
* 问题描述：求出字符数组中字符的个数及计算句子中各字符出现的频数
* 程序输出：字符数组中字符的个数和句子中各字符出现的频数
* 程序头部的注释结束
*/
#include<iostream>
using namespace std;
int length(char[]);
void output_frequency(char[]);
int main(void)
{
 char str[]="he threwthree free throws";
 cout<<"要处理的字符串为："<<str<<endl;
 cout<<"字符串长度为："<<length(str)<<endl;
 cout<<"字符串中各字符出现的频数为：";
 output_frequency(str);
 cout<<endl;
 return 0;
}
int length(char s[])
{
 int i=0;
 while(s[i]!='\0') i++;
 return i;
}
// 下面的函数output_frequency用于求出各字符出现的频数
// 所用的算法是（算法1）
// (a) i=0
//  (b)取字符串中的第i个符号c
//  (c)如果在c未在i之前出现过，在i位置上是第一次出现，频数f=1，
//            从i+1位置到字符串结束，c每出现一次，f++， 最后输出c-f(即字符-频数)对；
//            如果在c在i之前出现过，则代表c字符已经计算过频数，不再处理，直接转(d)步；
// (d)i++，若处理未完成，转(b)步；
void output_frequency(char s[])
{
 int len=length(s);
 int i,j,f;
 char c;
 for(i=0;i<len;i++)
 {
  c=s[i];   //现在开始统计c字符，即s[i]出现的频数
  j=0;
 while(c!=s[j]&&j<i)j++;   //如果c字符在s[i]之前出现过，循环将由于c!=s[j]而退出，这时，j<i为真（
请通过走查验证）
  if(j==i)   //否则，这个字符已经处理过了，转到for循环开始，i++后继续处理
  {
   f=1;  //c在s[i]位置上第一次出现了，f置初值1
   for(j=i+1;j<len;j++)
    if(c==s[j]) f++;     //直到字符串结束，每出现一次，累加1
  cout<<c<<"-"<<f<<"; "; //输出c出现的频数f
  }
 }
}

运行结果：（贴图）

经验积累： 算法有些麻烦，但思路也算清晰，以后要习惯于将大脑中所想的过程自然地转换为代码

//下面是这一算法的另外一种表达，很简洁，对for循环的使用很老到
void output_frequency(char str[])
{
 int i , j ,num;
 for(i=0;i <= length(str);i++)//length(str)在for之前求出来保存到一个变量中就更好了
 {
   num = 0;
 for(j=0;j<length(str);j++)
  {
   if(str[i]==str[j])
   {
    if(i>j)
     break;  //在i之前发现了等待统计的字符，break了之
    else
     num++;  //这时已经过了大限，++即可
   }
  }

  if(num!=0)  //这儿我做些改动，只考虑不等于0即可
   cout <<str[i]<<"-"<<num<<"; ";
 }
}

下面再给出两个不同思想的算法供参考。有些同学们也想到了，不过有不少存在些小问题

算法2：

// 求出各字符出现的频数的算法2
// 算法思想：将字符数组排序，相同的字符将是连续的，形如aaaabbcccccc....计数方法比算法1简单很多
// 对于数组元素count[i]，其下标为整型，而字符c当整型使用时，其值恰好为c的ASCII码。
void output_frequency(char s[])
{
 int len=length(s);
 char s1[80];   //无法预知字符数组长度，设一足够“长”的
 int i,j,f;
 char c;
 for(i=0;i<len;i++)
  s1[i]=s[i];   //将形参字符数组复制到临时数组变量中
 s1[i]='\0';   //一般复制完后应该加上字符串结束的符号，但本题中意义不大
 //下面对s1进行排序。讨论：也可以对s直接排序，但是会改变实际参数数组的值
 //这在一般情况是要避免的: 该函数仅是求各字符出现的频率，不可有更多的“副作用”
 //还是用冒泡法，其他方法也可以
 for(j=0;j<len-2;j++)
 for(i=0;i<len-j-1;i++)
   if (s1[i]>s1[i+1])
   {
    c=s1[i];
    s1[i]=s1[i+1];
    s1[i+1]=c;
   }
 //计数形如aaaabbcccccc....的字符数组中的符号
 c=s1[0];
 f=1;   //s1[0]字符出现了1次
 for(i=1;i<len+1;i++)   //i可以取值为len，有越界嫌疑，但此处不会，目标是在循环中完成最后一个符号频数的输出
 {
  if(c==s1[i])
   f++;  //重复出现相同字符，累加
  else
  {
  cout<<c<<"-"<<f<<"; ";  //输出前面的字符出现的频数
   c=s1[i];  //开始计数现在读到的符号
   f=1;
  }
 }
 return;
}

总结：（1）这个算法使计数过程简单了，但却需要一个较高代价的工作：排序。如果直接对s 排序，还有产生副作用的危险，不太提倡；（2）请在本解中研究一下对相同字符相邻的字符数组计数的算法。

算法3

// 求出各字符出现的频数的算法3
// 算法思想：设置一个数组count[]，当读到字符c时，将c的ASCII码作下标的数组元素累加1即可。
// 对于数组元素count[i]，其下标为整型，而字符c当整型使用时，其值恰好为c的ASCII码。
void output_frequency(char s[])
{
 int len=length(s);
 int count[256]={0}; //int数组初始化时，未指定的元素值为0
 int i,j,f;
 char c;
 for(i=0;i<len;i++)
 {
  c=s[i];
  count[c]++;  //c为字符，但此处用作下标，数据类型自动转换为int，取值为其ASCII码
 }
 for(i=0;i<256;i++)
 {
  if (count[i]>0)
  cout<<char(i)<<'-'<<count[i]<<';';   //ASCII码为i的符号出现了count[i]次
 }
}

总结：这是用空间换时间，通过count这个较大的数组，使计数简单地累加就行了。

算法4：

// 求出各字符出现的频数的算法4
// 这个算法由李洪悬提出，我们命名为李法
// 算法思想：当扫描中遇到正在统计的那个符号时，将其做一个标记，从而在以后扫描中不考虑这个符号
// 用'\0'作为这个标记。我们正在操作字符数组，而不是字符串，其循环由长度控制，故无碍
// 函数中要将s赋值比例本地的一个临时数组，目的是不致于改变实参数组的值
void output_frequency(char s[])
{
 int len=length(s);
 char s1[80];   //无法预知字符数组长度，设一足够“长”的
 int i,j,f;
 char c;
 for(i=0;i<len;i++)
  s1[i]=s[i]; //将形参字符数组复制到临时数组变量中
 s1[i]='\0';  //一般复制完后应该加上字符串结束的符号，但本题中意义不大

 for(i=0;i<len;i++)
 {
  if (s1[i]=='\0')continue;   //如果是'\0'，该字符在前面的统计中已经被处理过了，continue即可
  c=s1[i];
  f=0;
  for(j=i;j<len;j++)
   if(s1[j]==c)
   {
    f++;
    s1[j]='\0';  //计数，当前字符赋值为'\0'，以后将不再统计
   }
  cout<<c<<'-'<<f<<';';
 }
}

下面是对“he threw three free throws”统计时，正在统计字符“e”（i=1)时单步执行中的一个截屏。可以看到其中的一些字符数组元素的值（下标为0,1,4,6,10）已经为空字符。