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Algorithm 4 - 字符串 (Seriously)

时间:2023-01-18 21:46:09浏览次数:57  
标签:匹配 Algorithm 后缀 ll fail Seriously 字符串 节点 指针

主讲一些自动机相关、高级技巧相关。

Part 1 AC 自动机

是最好理解的一个自动机捏。

Part 1.1 性质与探索方向

AC 自动机本身基于 Trie,即去掉后面说的 fail 指针,它就是一棵 Trie。

在此之前我们需要了解它的作用:把多个模式串插入自动机进行匹配。也就是说,相比于 KMP,我们对于主串的考虑延伸到了多个模式串上的匹配情况。

不妨先尝试一下用 Trie 去匹配主串 \(S\)。

假设考虑到了第 \(i\) 个字符,即 \(S_i\),想要找出以 \(i\) 结尾能与模式串集合中的哪些串匹配上。那么,一个模式串能匹配上,必然是 \(S[1,i]\) 的后缀。对应在 Trie 树上自然是根到一个节点形成的链上的所有字符串。

也就是说,我们只要能找到这个匹配的节点的深度最大者(此时为最长匹配后缀),就可以是一个匹配串。

那么,如何找到短一些的匹配后缀?如何快速找到这个节点?这里我们就要引入可爱的 fail 指针

Part 1.2 fail 指针

如果我们发现,abcab 是当前字符结尾的后缀的最长匹配串,那么还有什么串可能成为短一些的匹配串呢?

相信你已经发现了,这个串肯定是最长匹配串的后缀(废话)。如果能找到长度仅次于它的匹配串,我们貌似可以建立一个树形结构?

对于每一个节点 \(V\),定义其对应的匹配串为 \(S_V\)。若存在一个最长串 \(T\) 为 \(S_V\) 后缀,\(T\) 的对应节点为 \(U\),我们定义 \(V\) 的 fail 指针 指向 \(U\)。

没错,顺着 fail 指针形成的树链往上爬,你就可以找到当前后缀能匹配的所有串啦!

可是接下来,我们还有两个问题。

  1. 如何求 fail 指针?

解:递推求解。若节点 \(V\) 的父亲为 \(U\),找到 \(U\) 的 fail 指针对应节点 \(U'\),在 \(U'\) 的儿子中寻找 \(V\) 节点对应的字符。若存在,即为 \(V\) 的 fail 指针;否则,我们继续跳链,寻找 \(U''\)……以此类推。

复杂度寄了,跳链过程是可以通过记录省略。

解 2(优化):对于一个节点 \(U\),若其不存在对应字符 \(c\) 的儿子,则令其儿子其 fail 指针对应儿子。即省略跳链过程,上面的过程中即使 fail 指针没找到对应儿子,也直接用存的值。

(大家可以仔细琢磨这个过程:如果找到即为所求,没找到,我也是沿用的上一层的 fail 的答案,上一层的 fail 没找到,仍然沿用父亲)

  1. 如何快速找到当前后缀的最长匹配串的对应节点?

相似的过程,利用上一个字符的匹配情况,跳 fail 指针。同样利用技巧省略枚举过程。

那么,多模式串的匹配问题被我们在线性复杂度内解决了。

当前后缀能匹配的所有模式串都在 fail 树上其匹配节点到根的路径上的所有串

Part 1.3 例题

1. P3803

本题并不是最纯正的模版。

套用我们刚才的做法,但是有一点需要注意:多次出现的模式串只算一个。

这可怎么办?我们发现,由于每次都能匹配一个前缀,这貌似是要我们每次覆盖一条到根的路径,最后求一遍覆盖的点权值之和。

难道要 DS?不,我们可以暴力跳链并标记,跳到一个被标记过的地方,就可以不跳了。有人到过这里,那么再往上肯定都给算了。每个点都只会被我们标记一次,复杂度得以保证。是一个优雅的暴力呢。

ll n; string str[1000005],S;
struct Trie{
	ll son[26], cnt, fail;
}trie[1000005];
ll dfn=1;
void update(string S){
	ll sz=S.size(), root=1;
	for(ll i=0;i<sz;i++){
		ll now=S[i]-'a';
		if(!trie[root].son[now]) trie[root].son[now]=(++dfn);
		root=trie[root].son[now];
	} 
	trie[root].cnt++;
}
void getFail(){
	for(ll i=0;i<=25;i++) trie[0].son[i]=1;
	queue<ll>Q; Q.push(1);
	while(!Q.empty()){
		ll x=Q.front(); Q.pop();
		for(ll i=0;i<=25;i++){
			ll tmp=trie[x].son[i], fafail = trie[x].fail;
			if(!tmp){
				trie[x].son[i] = trie[fafail].son[i];
			}else{
				trie[tmp].fail = trie[fafail].son[i];
				Q.push(tmp); 
			}
		}
	}
}
ll query(string S){
	ll sz=S.size();
	ll root=1, ans=0;
	for(ll i=0;i<sz;i++){
		ll now=S[i]-'a';
		ll k=trie[root].son[now];
		while(k>1 && trie[k].cnt!=-1){
			ans+=trie[k].cnt;
			trie[k].cnt=-1;
			k=trie[k].fail;
		}
		root = trie[root].son[now];
	}
	return ans;
}
void solve(){
	cin>>n;
	for(ll i=1;i<=n;i++) cin>>str[i], update(str[i]);
	getFail();
	string S; cin>>S;
	cout<<query(S)<<endl;
}

标签:匹配,Algorithm,后缀,ll,fail,Seriously,字符串,节点,指针
From: https://www.cnblogs.com/BreakPlus/p/17060629.html

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