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摘要 随着闪电定位观测手段的提高以及观测仪器的改进，闪电定位资料的质量也在不断提高，其应用也越来越广泛.原始闪电定位资料从数据整理、入库、查询、分析都离不开正则表达式这种功能强大的形式语言.将正则表达式应用于闪电定位资料处理中，可以大大简化处理过程，提高工作效率.本文通过闪电定位资料入库实例，介绍了在.NET平台下，基于C#的正则表达式在闪电定位资料处理中的应用.
关键词闪电定位资料;正则表达式;.NET平台;C#语言
中图分类号P427.32+1
文献标志码A
0 引言
近年来，随着雷电远程定位理论的成熟和雷电监测网的建设[1]，各类雷电属性记录更加完备、雷电定位更加精确、雷电记录更加全面，闪电定位数据也越来越受到国内外学者的重视.闪电定位资料被广泛用于研究闪电活动规律[2]和分布特征[3]以及与其他气象要素的关系，可为改进防雷措施提供依据[4].
常见的原始闪电定位资料是.TXT格式的文件，文件名为当天的日期，文件中记录闪电发生的时间、纬度、经度、强度、陡度、定位方式、误差等信息.闪电定位系统每天产生一个文件，随着时间的增长，闪电定位数据越来越多，闪电参数（例如雷电流平均强度、陡度、闪电密度等信息）的查询也越来越繁琐.
正则表达式的强大功能逐渐被人们认识，并在很多领域有广泛的应用[5-8].基于正则表达式的高性能算法[9-11]为研究人员解决了数据处理上的難题.闪电定位资料作为一种监测数据，也可以利用正则表达式来处理和分析.
1 正则表达式基础
正则表达式[12]（Regular Expression、regex或regexp，缩写为RE），也译为正规表示法、常规表示法，在计算机科学中，是指一个用来描述或者匹配一系列符合某个句法规则的字符串的单个字符串，就是用一个“字符串”来描述一个特征，然后去验证另一个“字符串”是否符合这个特征.由普通字符（如字符a到z）以及特殊字符（称为元字符）组成的文字模式作为一个模板，将某个字符模式与所搜索的字符串进行匹配.正则表达式可以：
1）验证字符串是否符合指定特征，比如验证是否是合法的邮件地址;
2）查找字符串，从一个长的文本中查找符合指定特征的字符串，比查找固定字符串更加灵活方便;
3）替换，比普通的替换更强大.
正则表达式这个概念最初是由Unix中的工具软件（例如sed和grep）普及开的，经过几十年的发展，正则表达式的强大功能逐渐被人们认识，特别是在字符串处理方面.正则表达式逐渐从模糊而深奥的数学概念，发展成为在计算机各类工具和软件包应用中的主要功能.
不仅众多Unix工具，其他主流操作系统（例如Linux、Windws、HP、BeOS等）也支持正则表达式，目前主流的开发语言（PHP、C#、Java、C++、VB、Javascript、Ruby等）以及数以亿万计的各种应用软件中，都可以看到正则表达式的应用实例[13].
2 闪电定位资料的正则表达式
应用正则表达式处理数据的关键在于写出符合数据特性的正则表达式.也许对于初学者来说，正则表达式是杂乱无序的字符，难写难读，但是其功能强大，应用广泛，比常用的String.Substring（）方法更准确有效.当资料的各字段之间的分隔符各异，或各条记录的格式不统一时，利用一般字符串截取的方法很难准确、完整地提取信息，难以实现数据的批量处理，而利用正则表达式不仅可以准确匹配各个字段，还能提高工作效率.
如图1所示，同一列数据的长度不一定相同，列与列之间的分隔符各异.以提取“定位方式”相关信息为例，普通字符串截取的方法很难准确、完整地提取信息，而正则表达式可以实现这一功能，所匹配的正则表达式为：（？<=定位方式：）.*？.
2.1 .NET平台下的正则表达式
正则表达式提供了功能强大、灵活、高效的方法来处理文本.正则表达式的全面模式匹配表示法可以快速分析大量文本以找到特定的字符模式，提取、编辑、替换或删除文本子字符串，或将提取的字符串添加到集合以生成报告.对于处理字符串（例如 HTML 处理、日志文件分析和 HTTP 标头分析）的许多应用程序而言，正则表达式是不可缺少的工具.Microsoft.NET Framework 正则表达式并入了其他正则表达式实现的最常见功能（例如在 Perl 和 awk 中提供的功能），不仅与 Perl 5正则表达式兼容，还包括一些在其他实现中尚未提供的功能，例如从右到左匹配和即时编译..NET Framework 正则表达式类是基类库的一部分，它们可以和面向公共语言运行库的任何语言或工具（包括 ASP.NET 和 Visual Studio 2010）一起使用.C#的正则表达式以Perl与regexp为基础，包括惰性定量符（？？，*？，+？，{n，m}？）、正向和逆向前瞻（look ahead）以及条件估值.
基类库命名空间System.Text.RegularExpressions是所有与正则表达式相关的.NET框架对象的大本营.支持正则表达式的核心类是Regex[14]，Regex构造函数有4个重载函数：
1）Regex （），用于初始化 Regex 类的新实例;
2）Regex （String），为指定的正则表达式初始化并编译 Regex 类的一个新实例;
3）Regex （SerializationInfo，StreamingContext），使用序列化数据初始化Regex类的新实例;
4）Regex （String，RegexOptions），用修改模式选项为指定的正则表达式初始化，并编译 Regex 类的一个新实例. 在使用C#语言编写闪电定位资料的正则表达式之前，需要在开发项目中添加正则表达式的命名空间，即在代码里加入“using System.Text.RegularExpressions;”.
2.2 闪电定位资料的正则表达式
根据闪电定位资料的使用性质可知，常用的闪电数据包括闪电发生的时间、经纬度、雷电流强度与陡度.闪电定位资料中通常还包括行号、闪电定位方式、误差、能量、电荷量等信息.分析闪电定位数据的属性，编写各闪电参数信息的正则表達式如下：
它的含义是找出闪电记录中表示雷电流陡度的字符串，例如“陡度=10”.
6）其他闪电信息的正则表达式：
不同的闪电定位系统产生的闪电定位数据的字段数和格式可能有所差别，有的闪电定位资料中还可能包括以下闪电信息：闪电记录的行号、定位方式、定位误差、电荷量、能量等.
①匹配行号的正则表达式rgx6为
它的含义是找出字符串中以“电荷=”开头，后接一个小数（小数的位数为2个或以上）的一段字符串，表示闪电记录中的电荷量，例如“电荷=100”.
以上代码均指定将正则表达式编译为程序集，加快执行速度，并开启多行模式，分别在任意一行的行首和行尾匹配，而不仅仅在整个字符串的开头和结尾匹配.
3 正则表达式应用实例
正则表达式是一种功能强大的形式语言，贯穿于闪电定位资料处理的始末，包括资料整理、入库、查询、分析、结果显示等环节.以下将以数据入库为例，介绍正则表达式在闪电定位资料处理中的应用.
将闪电定位数据入库，不仅能大大简化查询数据的步骤，提高分析和处理资料的速度，而且还有如下优点：
1）实现数据共享;
2）减少数据冗余，维护数据的一致性;
3）保证数据的独立性;
4）数据实现集中控制;
5）数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性;
6）故障恢复.
由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏.数据库系统能尽快恢复运行时出现的故障，可能是物理上或是逻辑上的错误，比如对系统的误操作造成的数据错误等.
3.1 数据库设计
根据数据的使用性质，选取需要的参数导入Microsoft SQL Server 2008数据库中，主要包括闪电发生的时间（year，month，day）、经纬度（lon，lat）以及雷电流强度与陡度（qiangdu，doudu），其数据属性如表1所示.
3.2 数据入库程序
以下为利用正则表达式实现闪电定位资料入库的主要程序.程序中的“src”表示数据存放的路径，“sqlYearName”表示数据的年份.首先利用正则表达式提取闪电信息，再将提取的信息插入到数据表中，规定数据类型.具体代码如下：
static public bool onelinktodb（string src，string sqlYearName）
{using （sqlconn）
{ sqlconn.Open（）;
using （SqlCommand sqlc=sqlconn.CreateCommand（））
{ string st，sql;
∥部分代码省略
if （File.Exists（src））
{ FileStream fs;
StreamReader sr;
Regex rgxNian=new Regex（@"＼d{4}（？=-＼d{2}-＼d{2}）"，RegexOptions.IgnorePatternWhitespace | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgxYue=new Regex（@"（？<=＼d{4}-）＼d{2}（？=-＼d{2}）"，RegexOptions.IgnorePatternWhitespace | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgxRi=new Regex（@"（？<=＼d{4}-＼d{2}-）＼d{2}"，RegexOptions.IgnorePatternWhitespace | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx2=new Regex（@"（？<=纬度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx3=new Regex（@"（？<=经度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx4=new Regex（@"（？<=强度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx5=new Regex（@"（？<=陡度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
fs=new FileStream（src，FileMode.Open，FileAccess.Read）;
sr=new StreamReader（fs）; while （（st=sr.ReadLine（）） ！=null）
{ ∥部分代码省略
sql=@"INSERT INTO [lightning].[dbo].["+sqlYearName+@"]
（[year]
，[month]
，[day]
，[lat]
，[lon]
，[qiangdu]
，[doudu]
）
VALUES
（"+makeint（rgxNian.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makeint（rgxYue.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makeint（rgxRi.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx2.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx3.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx4.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx5.Match（st）.ToString（））+@"）";
sqlc.CommandText=sql;
sqlc.ExecuteNonQuery（）;}∥部分代碼省略}}}}}
通过以上分析可知，正则表达式构造出相应的匹配模式，从用户自然语言的内容中找出对应的关键字，并把其转化成数据库可以识别的标准格式，这样有利于提高数据的录入效率.
4 结束语
不同地区的闪电定位资料数据格式可能稍有差别，但是一般都会包含闪电发生时间、地点、雷电流强度、陡度等信息，且其结构基本相同.将正则表达式引人到测量数据处理中是非常有意义的.利用正则表达式匹配闪电定位资料的各条记录，分析和处理闪电定位资料，不仅可以提到工作效率，还可以提高准确率.由于正则表达式非常灵活，对于同一种功能需求，可以有多种不同的写法，在实践中可以结合自己的习惯来编写.闪电定位资料的正则表达式写法不是唯一的.本文给出的一种闪电定位资料的正则表达式，可供资料处理者参考.
正则表达式的语法晦涩难懂，表面上看起来杂乱无章，很难掌握，常令许多程序员望而生畏，敬而远之.然而，一旦熟练掌握了正则表达式之后，便能获得很大的益处，不仅能在进行字符数字处理时节约大量编程的时间，极大地提高工作的效率，同时也能使所编写出来的程序代码得到很好的优化.相信正则表达式在今后海量的测量数据处理中的应用会越来越开阔.
参考文献References
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[3] 李永福，司马文霞，陈林，等.基于雷电定位数据的雷电流参数随海拔变化规律[J].高电压技术，2011，37（7）： 1634-1641
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[9] 金军航，张大方，黄昆.高性能正则表达式匹配算法评估[J].计算机工程，2010，36（19）： 269-271
JIN Junhang，ZHANG Dafang，HUANG Kun.Evaluation of high-performance regular expression matching algorithms[J].Computer Engineering，2010，36（19）： 269-271
[10] 邓绪斌.基于最优树联配的正则表达式学习算法[J].复旦学报（自然科学版），2011，50（6）： 797-802
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[11] 徐克付，齊德昱，郑伟平，等.一种基于Bloom Filter的正则表达式集合快速搜索算法[J].华南理工大学学报（自然科学版），2009，37（4）：37-41
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Watt Andrew.Beginning regular expression[M].Beijing： Tsinghua University Press，2008
[13] Goyvaerts Jan，Levithan Steven.正则表达式经典实例[M].北京：人民邮电出版社，2010
Goyvaerts Jan，Levithan Steven.Regular expression cookbook[M].Beijing： Posts & Telecom Press，2010
[14] Liger Francois，McQueen Craig，Wilton Paul.C #字符串和正则表达式参考手册[M].北京：清华大学出版社，2003
Liger Francois，McQueen Craig，Wilton Paul.C # text manipulation strings handling and regular expressions handbook[M].Beijing： Tsinghua University Press，2003
关键词闪电定位资料;正则表达式;.NET平台;C#语言
中图分类号P427.32+1
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0 引言
近年来，随着雷电远程定位理论的成熟和雷电监测网的建设[1]，各类雷电属性记录更加完备、雷电定位更加精确、雷电记录更加全面，闪电定位数据也越来越受到国内外学者的重视.闪电定位资料被广泛用于研究闪电活动规律[2]和分布特征[3]以及与其他气象要素的关系，可为改进防雷措施提供依据[4].
常见的原始闪电定位资料是.TXT格式的文件，文件名为当天的日期，文件中记录闪电发生的时间、纬度、经度、强度、陡度、定位方式、误差等信息.闪电定位系统每天产生一个文件，随着时间的增长，闪电定位数据越来越多，闪电参数（例如雷电流平均强度、陡度、闪电密度等信息）的查询也越来越繁琐.
正则表达式的强大功能逐渐被人们认识，并在很多领域有广泛的应用[5-8].基于正则表达式的高性能算法[9-11]为研究人员解决了数据处理上的難题.闪电定位资料作为一种监测数据，也可以利用正则表达式来处理和分析.
1 正则表达式基础
正则表达式[12]（Regular Expression、regex或regexp，缩写为RE），也译为正规表示法、常规表示法，在计算机科学中，是指一个用来描述或者匹配一系列符合某个句法规则的字符串的单个字符串，就是用一个“字符串”来描述一个特征，然后去验证另一个“字符串”是否符合这个特征.由普通字符（如字符a到z）以及特殊字符（称为元字符）组成的文字模式作为一个模板，将某个字符模式与所搜索的字符串进行匹配.正则表达式可以：
1）验证字符串是否符合指定特征，比如验证是否是合法的邮件地址;
2）查找字符串，从一个长的文本中查找符合指定特征的字符串，比查找固定字符串更加灵活方便;
3）替换，比普通的替换更强大.
正则表达式这个概念最初是由Unix中的工具软件（例如sed和grep）普及开的，经过几十年的发展，正则表达式的强大功能逐渐被人们认识，特别是在字符串处理方面.正则表达式逐渐从模糊而深奥的数学概念，发展成为在计算机各类工具和软件包应用中的主要功能.
不仅众多Unix工具，其他主流操作系统（例如Linux、Windws、HP、BeOS等）也支持正则表达式，目前主流的开发语言（PHP、C#、Java、C++、VB、Javascript、Ruby等）以及数以亿万计的各种应用软件中，都可以看到正则表达式的应用实例[13].
2 闪电定位资料的正则表达式
应用正则表达式处理数据的关键在于写出符合数据特性的正则表达式.也许对于初学者来说，正则表达式是杂乱无序的字符，难写难读，但是其功能强大，应用广泛，比常用的String.Substring（）方法更准确有效.当资料的各字段之间的分隔符各异，或各条记录的格式不统一时，利用一般字符串截取的方法很难准确、完整地提取信息，难以实现数据的批量处理，而利用正则表达式不仅可以准确匹配各个字段，还能提高工作效率.
如图1所示，同一列数据的长度不一定相同，列与列之间的分隔符各异.以提取“定位方式”相关信息为例，普通字符串截取的方法很难准确、完整地提取信息，而正则表达式可以实现这一功能，所匹配的正则表达式为：（？<=定位方式：）.*？.
2.1 .NET平台下的正则表达式
正则表达式提供了功能强大、灵活、高效的方法来处理文本.正则表达式的全面模式匹配表示法可以快速分析大量文本以找到特定的字符模式，提取、编辑、替换或删除文本子字符串，或将提取的字符串添加到集合以生成报告.对于处理字符串（例如 HTML 处理、日志文件分析和 HTTP 标头分析）的许多应用程序而言，正则表达式是不可缺少的工具.Microsoft.NET Framework 正则表达式并入了其他正则表达式实现的最常见功能（例如在 Perl 和 awk 中提供的功能），不仅与 Perl 5正则表达式兼容，还包括一些在其他实现中尚未提供的功能，例如从右到左匹配和即时编译..NET Framework 正则表达式类是基类库的一部分，它们可以和面向公共语言运行库的任何语言或工具（包括 ASP.NET 和 Visual Studio 2010）一起使用.C#的正则表达式以Perl与regexp为基础，包括惰性定量符（？？，*？，+？，{n，m}？）、正向和逆向前瞻（look ahead）以及条件估值.
基类库命名空间System.Text.RegularExpressions是所有与正则表达式相关的.NET框架对象的大本营.支持正则表达式的核心类是Regex[14]，Regex构造函数有4个重载函数：
1）Regex （），用于初始化 Regex 类的新实例;
2）Regex （String），为指定的正则表达式初始化并编译 Regex 类的一个新实例;
3）Regex （SerializationInfo，StreamingContext），使用序列化数据初始化Regex类的新实例;
4）Regex （String，RegexOptions），用修改模式选项为指定的正则表达式初始化，并编译 Regex 类的一个新实例. 在使用C#语言编写闪电定位资料的正则表达式之前，需要在开发项目中添加正则表达式的命名空间，即在代码里加入“using System.Text.RegularExpressions;”.
2.2 闪电定位资料的正则表达式
根据闪电定位资料的使用性质可知，常用的闪电数据包括闪电发生的时间、经纬度、雷电流强度与陡度.闪电定位资料中通常还包括行号、闪电定位方式、误差、能量、电荷量等信息.分析闪电定位数据的属性，编写各闪电参数信息的正则表達式如下：
它的含义是找出闪电记录中表示雷电流陡度的字符串，例如“陡度=10”.
6）其他闪电信息的正则表达式：
不同的闪电定位系统产生的闪电定位数据的字段数和格式可能有所差别，有的闪电定位资料中还可能包括以下闪电信息：闪电记录的行号、定位方式、定位误差、电荷量、能量等.
①匹配行号的正则表达式rgx6为
它的含义是找出字符串中以“电荷=”开头，后接一个小数（小数的位数为2个或以上）的一段字符串，表示闪电记录中的电荷量，例如“电荷=100”.
以上代码均指定将正则表达式编译为程序集，加快执行速度，并开启多行模式，分别在任意一行的行首和行尾匹配，而不仅仅在整个字符串的开头和结尾匹配.
3 正则表达式应用实例
正则表达式是一种功能强大的形式语言，贯穿于闪电定位资料处理的始末，包括资料整理、入库、查询、分析、结果显示等环节.以下将以数据入库为例，介绍正则表达式在闪电定位资料处理中的应用.
将闪电定位数据入库，不仅能大大简化查询数据的步骤，提高分析和处理资料的速度，而且还有如下优点：
1）实现数据共享;
2）减少数据冗余，维护数据的一致性;
3）保证数据的独立性;
4）数据实现集中控制;
5）数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性;
6）故障恢复.
由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏.数据库系统能尽快恢复运行时出现的故障，可能是物理上或是逻辑上的错误，比如对系统的误操作造成的数据错误等.
3.1 数据库设计
根据数据的使用性质，选取需要的参数导入Microsoft SQL Server 2008数据库中，主要包括闪电发生的时间（year，month，day）、经纬度（lon，lat）以及雷电流强度与陡度（qiangdu，doudu），其数据属性如表1所示.
3.2 数据入库程序
以下为利用正则表达式实现闪电定位资料入库的主要程序.程序中的“src”表示数据存放的路径，“sqlYearName”表示数据的年份.首先利用正则表达式提取闪电信息，再将提取的信息插入到数据表中，规定数据类型.具体代码如下：
static public bool onelinktodb（string src，string sqlYearName）
{using （sqlconn）
{ sqlconn.Open（）;
using （SqlCommand sqlc=sqlconn.CreateCommand（））
{ string st，sql;
∥部分代码省略
if （File.Exists（src））
{ FileStream fs;
StreamReader sr;
Regex rgxNian=new Regex（@"＼d{4}（？=-＼d{2}-＼d{2}）"，RegexOptions.IgnorePatternWhitespace | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgxYue=new Regex（@"（？<=＼d{4}-）＼d{2}（？=-＼d{2}）"，RegexOptions.IgnorePatternWhitespace | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgxRi=new Regex（@"（？<=＼d{4}-＼d{2}-）＼d{2}"，RegexOptions.IgnorePatternWhitespace | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx2=new Regex（@"（？<=纬度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx3=new Regex（@"（？<=经度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx4=new Regex（@"（？<=强度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
Regex rgx5=new Regex（@"（？<=陡度=）[＼d|-]＼d+＼.+＼d+"，RegexOptions.Compiled | RegexOptions.Multiline）;
fs=new FileStream（src，FileMode.Open，FileAccess.Read）;
sr=new StreamReader（fs）; while （（st=sr.ReadLine（）） ！=null）
{ ∥部分代码省略
sql=@"INSERT INTO [lightning].[dbo].["+sqlYearName+@"]
（[year]
，[month]
，[day]
，[lat]
，[lon]
，[qiangdu]
，[doudu]
）
VALUES
（"+makeint（rgxNian.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makeint（rgxYue.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makeint（rgxRi.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx2.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx3.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx4.Match（st）.ToString（））+@"
，"+makefloat（rgx5.Match（st）.ToString（））+@"）";
sqlc.CommandText=sql;
sqlc.ExecuteNonQuery（）;}∥部分代碼省略}}}}}
通过以上分析可知，正则表达式构造出相应的匹配模式，从用户自然语言的内容中找出对应的关键字，并把其转化成数据库可以识别的标准格式，这样有利于提高数据的录入效率.
4 结束语
不同地区的闪电定位资料数据格式可能稍有差别，但是一般都会包含闪电发生时间、地点、雷电流强度、陡度等信息，且其结构基本相同.将正则表达式引人到测量数据处理中是非常有意义的.利用正则表达式匹配闪电定位资料的各条记录，分析和处理闪电定位资料，不仅可以提到工作效率，还可以提高准确率.由于正则表达式非常灵活，对于同一种功能需求，可以有多种不同的写法，在实践中可以结合自己的习惯来编写.闪电定位资料的正则表达式写法不是唯一的.本文给出的一种闪电定位资料的正则表达式，可供资料处理者参考.
正则表达式的语法晦涩难懂，表面上看起来杂乱无章，很难掌握，常令许多程序员望而生畏，敬而远之.然而，一旦熟练掌握了正则表达式之后，便能获得很大的益处，不仅能在进行字符数字处理时节约大量编程的时间，极大地提高工作的效率，同时也能使所编写出来的程序代码得到很好的优化.相信正则表达式在今后海量的测量数据处理中的应用会越来越开阔.
参考文献References
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