约定串用带头结点的单链表存储，每个结点存放一个字符。请设计一个算法，将链串中所有的小写英文字母改为对应的大写英文字母。

对于这个需求，你可以设计一个简单的遍历链表并转换字母的递归或迭代算法。这里提供一种基于迭代的解决方案：

首先，我们需要定义一个链表节点的结构，包含字符数据和指向下一个节点的指针。

class ListNode:
    def __init__(self, char):
        self.char = char
        self.next = None

然后，我们可以创建一个辅助函数，用于处理当前节点并递归地处理下一个小写字母：

def to_uppercase(node):
    if node is not None:
        # 判断是否为小写字母
        if 'a' <= node.char <= 'z':
            node.char = chr(ord(node.char) - 32)  # 将小写转为大写
        # 递归处理下一个节点
        node.next = to_uppercase(node.next)
    return node

最后，在主程序中初始化头节点，并调用该函数：

def convert_to_uppercase(head):
    return to_uppercase(head)

这样，当你传入链表的头节点，整个链串中的小写字母就会被转换为相应的大写字母。如果需要输出新的链串，可以添加一个打印节点字符的辅助函数。

相关问题

编写一个实验程序,假设串用链串存储,将非空串str中出现的所有子串用串替 换(s和t均为非空串),不考虑子串重叠的情况,并且采用就地算法,即直接在str链串上实现替换,算法执行后不破坏s和t串。用相关数据进行测试。

编写这样的实验程序需要使用链表表示字符串，并通过遍历的方式查找并替换子串。以下是使用C++的一个基本示例，这个例子中我们创建了一个`Node`结构来存储字符及其指向下一个节点的指针，然后实现了`findAndReplaceSubstring`函数来进行操作：

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义链表节点
struct Node {
    char data;
    Node* next;
};

class StringLinkedList {
public:
    Node* head;
    
    // 添加新字符到链表尾部
    void add(char c) {
        if (!head) {
            head = new Node{c, nullptr};
        } else {
            Node* current = head;
            while (current->next) {
                current = current->next;
            }
            current->next = new Node{c, nullptr};
        }
    }

    // 查找并替换子串
    void findAndReplaceSubstring(const string& str, const string& s, const string& t) {
        int i = 0, j = 0;
        while (i <= str.size() - s.size()) {
            if (str.substr(i, s.size()) == s) { // 检查是否匹配
                for (j = 0; j < t.size(); ++j) {
                    replace(i + j, i + j + 1); // 替换子串
                }
                i += t.size();
            } else {
                i++;
            }
        }
    }

private:
    // 就地替换单个字符
    void replace(int index) {
        if (index >= head->next->data) {
            return; // 如果越界，跳过
        }
        Node* current = head;
        while (current->next && current->next->data != index) {
            current = current->next;
        }
        if (current->next) {
            current->next->data = t[j]; // 替换字符
            j++; // 移动到下个字符
        }
    }
};

int main() {
    StringLinkedList list;
    list.add('H');
    list.add('e');
    list.add('l');
    list.add('l');
    list.add('o', 'W', 'o'); // 添加'Hello'作为初始串

    list.findAndReplaceSubstring(list.head->next->data, "ll", "yy"); // 替换"ll"为"yy"

    // 打印结果
    Node* node = list.head;
    while (node) {
        cout << node->data;
        node = node->next;
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

在这个例子中，我们首先初始化一个链表`list`，然后在其上执行子串替换操作。注意，由于链表不是线性的数组，实际应用中可能会遇到边界检查等问题。你可以通过输入不同的`str`, `s`, 和 `t` 来测试这个程序。

设计C语言程序，实现以下3个任务：1、在main函数中输入一个主串ababcabcacbab和一个模式串abcac2、针对以上串用朴素模式匹配算法进行模式匹配，输出模式串在主串中的位置和匹配次数3、针对以上串用KMP算法进行模式匹配，输出模式串在主串中的位置和匹配次数。

为了设计一个C语言程序来实现这三个任务，你需要先了解基本的字符串处理函数以及两种模式匹配算法——朴素模式匹配和KMP算法。

**步骤1：朴素模式匹配**
朴素模式匹配是最基础的匹配方式，通过逐字符比较查找模式串。我们可以创建一个循环结构，在主串中从头开始搜索。以下是简单的伪代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int naive_search(char main_str[], char pat[], int len) {
    for (int i = 0; i <= strlen(main_str) - len; ++i) {
        int j;
        for (j = 0; j < len && main_str[i + j] == pat[j]; j++);
        if (j == len) return i; // 找到匹配，返回起始位置
    }
    return -1; // 没有找到匹配
}

// 主函数部分
int main() {
    char main_str[] = "ababcabcacbab";
    char pat[] = "abcac";
    int pattern_len = strlen(pat);
    int position = naive_search(main_str, pat, pattern_len);

    printf("Naive search position: %d\n", position);
    printf("Match count: %d\n", (position != -1) ? 1 : 0); // 如果找到一次就输出1，没找到输出0

    return 0;
}

**步骤2：KMP算法**
KMP算法通过构建部分匹配表（也叫失配函数）避免了重复比较。这里是一个简化的KMP函数：

void compute_lps(char *pat, int lps[]) {
    int len = strlen(pat), j = 0;
    lps[0] = 0;
    while (j < len) {
        if (pat[j] == pat[lps[j]]) {
            lps[j+1] = lps[j] + 1;
            j++;
        } else {
            if (lps[j] != 0)
                j = lps[j];
            else
                lps[j+1] = 0;
        }
    }
}

int kmp_search(char main_str[], char pat[], int len) {
    int i = 0, j = 0, lps[len], found = 0;
    compute_lps(pat, lps);
    
    while (i < strlen(main_str)) {
        if (pat[j] == main_str[i]) {
            i++, j++;
            if (j == len) {
                found++;
                j = lps[j-1]; // 回溯到上一个成功匹配的位置
            }
        } else if (j != 0) {
            j = lps[j-1]; // 直接跳过已检查过的部分
        } else {
            i++;
        }
    }

    return found;
}

// 在主函数中调用KMP函数
int main() {
    // ...
    int kmp_count = kmp_search(main_str, pat, pattern_len);
    printf("KMP search positions: ");
    for (int pos = 0; pos < kmp_count; pos++) {
        printf("%d ", naive_search(main_str + pos, pat, pattern_len));
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

**相关问题--:**
1. KMP算法与朴素模式匹配相比有哪些优势？
2. 为什么需要计算部分匹配表？
3. 当模式串比主串还长的时候，朴素模式匹配会怎样？