字符串指南-编程知识

字符串指南

news/2024/9/19 19:05:29/文章来源:https://www.cnblogs.com/hisy/p/18421160

kmp

kmp 是模式串匹配的算法，本来最坏时间复杂度可以达到 $\operatorname{O}(n\times m)$，但是 kmp 可以将复杂度优化到 $\operatorname{O}(n+m)$。

kmp 有个很重要的东西，叫做 $nxt$ 失配数组。比如对于一个字符串 $s$，它的失配数组 $nxt_n$ 就是 $s$ 的最大前缀等于后缀的长度。$\operatorname{O}(n\times m)$ 的算法的劣势在于每一次失配都要重头，但是 kmp 是从上一次最大失配数组 $nxt_{nxt_n}$ 开始匹配的，这样会优化很多无意义匹配的时间。

设定一个 $pos$ 为匹配开始的位置，然后通过 $nxt$ 数组来跳，可以达到 $\operatorname{O}(n+m)$ 的时间复杂度。

int len1=strlen(s1+1);
int len2=strlen(s2+1);
int pos=0;
for(int i=2;i<=len2;++i){while(pos&&s2[i]!=s2[pos+1]){pos=nxt[pos];//跳 nxt }if(s2[i]==s2[pos+1]){++pos;//匹配成功 }nxt[i]=pos;//存入 nxt 
}
pos=0;
for(int i=1;i<=len1;++i){while(pos&&s1[i]!=s2[pos+1]){pos=nxt[pos];//跳 nxt }if(s1[i]==s2[pos+1]){++pos;//匹配成功 }if(pos==len2){printf("%d %d\n",i,i+len2-1);//一个位置 }
}

例题

首先求出 nxt 数组，然后在 nxt 数组上 dp，设 $dp_i$ 表示前缀 $i$ 的答案，只可能从 $dp_{nxt_i}$ 和 $dp_i$ 转移过来，具体开桶实现。

#include<bits/stdc++.h>
#define MAXN 500005
using namespace std;
char s[MAXN];
int nxt[MAXN],dp[MAXN],mp[MAXN];
int main(){scanf("%s",s+1);int len=strlen(s+1);int pos=0;for(int i=2;i<=len;++i){while(pos&&s[i]!=s[pos+1]){pos=nxt[pos];}if(s[i]==s[pos+1]){++pos;}nxt[i]=pos;}for(int i=1;i<=len;++i){dp[i]=i;if(mp[dp[nxt[i]]]>=i-nxt[i]){dp[i]=dp[nxt[i]];}mp[dp[i]]=i;}printf("%d",dp[len]);return 0;
}

字符串哈希

字符串哈希的思想是，通过把字符串看做 $k$ 进制数来进行存储和比较。

优点：相较于直接字符比较，更加迅速，而且能够 $\operatorname{O}(1)$ 查询某段子区间的哈希值。
缺点：容易冲突。

为了应对冲突，我们需要对哈希进制做一些优化，模数也需要非常极品。下面，给出预处理模版代码。

typedef unsigned long long ull;
ull base[MAXN],pre[MAXN],suf[MAXN];//进制、前缀哈希、后缀哈希
int len;
char s[MAXN];
inline ull get_pre(int l,int r){//O(1) 查询子区间哈希值 return ((pre[r]-pre[l-1]*base[r-l+1])%MOD+MOD)%MOD;
} 
inline ull get_suf(int l,int r){//O(1) 查询子区间哈希值 return ((suf[l]-suf[r+1]*base[r-l+1])%MOD+MOD)%MOD;
}
inline void prework(){base[0]=1;for(int i=1;i<MAXN;++i){base[i]=(base[i-1]*HASH)%MOD;}for(int i=1;i<=len;++i){pre[i]=(pre[i-1]*HASH+s[i]+DIF)%MOD;//加上偏移量防卡 }for(int i=len;i>=1;--i){suf[i]=(suf[i+1]*HASH+s[i]+DIF)%MOD;//加上偏移量防卡 }
}

有时候，可以采取双模哈希来进行防卡，这样被卡的几率很小。

typedef unsigned long long ull;
ull base1[MAXN],pre1[MAXN],suf1[MAXN];
ull base2[MAXN],pre2[MAXN],suf2[MAXN];//进制、前缀哈希、后缀哈希
int len;
char s[MAXN];
inline ull get_pre1(int l,int r){return ((pre1[r]-pre1[l-1]*base1[r-l+1])%MOD1+MOD1)%MOD1;
} 
inline ull get_suf1(int l,int r){return ((suf1[l]-suf1[r+1]*base1[r-l+1])%MOD1+MOD1)%MOD1;
}
inline ull get_pre2(int l,int r){//O(1) 查询子区间哈希值 return ((pre2[r]-pre2[l-1]*base2[r-l+1])%MOD2+MOD2)%MOD2;
} 
inline ull get_suf2(int l,int r){return ((suf2[l]-suf2[r+1]*base2[r-l+1])%MOD2+MOD2)%MOD2;
}
inline void prework(){base1[0]=base2[0]=1;for(int i=1;i<MAXN;++i){base1[i]=(base1[i-1]*HASH1)%MOD1;base2[i]=(base2[i-1]*HASH2)%MOD2;}for(int i=1;i<=len;++i){pre1[i]=(pre1[i-1]*HASH1+s[i]+DIF1)%MOD1;pre2[i]=(pre2[i-1]*HASH1+s[i]+DIF2)%MOD2;//加上偏移量防卡 }for(int i=len;i>=1;--i){suf1[i]=(suf1[i+1]*HASH1+s[i]+DIF1)%MOD1;suf2[i]=(suf2[i+1]*HASH2+s[i]+DIF2)%MOD2;//加上偏移量防卡 }
}

例题

这一道题目可以先把哈希值处理出来，然后发现可以枚举中间点，然后向左右二分。由于向左延伸 $n$ 格是回文串，那么 $n-1$ 格肯定也是回文串。所以满足单调性可以二分。由于本题有 Hack 数据卡自然溢，所以要打双模。

#include<bits/stdc++.h>
#define MAXN 500005
#define HASH1 31
#define HASH2 29
#define MOD1 193910017
#define MOD2 1000000009
#define ADD 131 
using namespace std;
typedef long long ull; 
int len;
char s[MAXN];
ull base1[MAXN],pre1[MAXN],suf1[MAXN];
ull base2[MAXN],pre2[MAXN],suf2[MAXN];
inline ull get_pre1(int l,int r){if(!l){return 0;}return ((pre1[r]-pre1[l-1]*base1[r-l+1])%MOD1+MOD1)%MOD1;
}
inline ull get_suf1(int l,int r){if(!l){return 0;}return ((suf1[l]-suf1[r+1]*base1[r-l+1])%MOD1+MOD1)%MOD1;
}
inline ull get_pre2(int l,int r){if(!l){return 0;}return ((pre2[r]-pre2[l-1]*base2[r-l+1])%MOD2+MOD2)%MOD2;
}
inline ull get_suf2(int l,int r){if(!l){return 0;}return ((suf2[l]-suf2[r+1]*base2[r-l+1])%MOD2+MOD2)%MOD2;
}
int main(){scanf("%d %s",&len,s+1);base1[0]=base2[0]=1;for(int i=1;i<=len;++i){base1[i]=(base1[i-1]*HASH1)%MOD1;base2[i]=(base2[i-1]*HASH2)%MOD2;pre1[i]=(pre1[i-1]*HASH1+(s[i]-'0'+ADD))%MOD1;pre2[i]=(pre2[i-1]*HASH2+(s[i]-'0'+ADD))%MOD2;}for(int i=len;i>=1;--i){suf1[i]=(suf1[i+1]*HASH1+('1'-s[i]+ADD))%MOD1;suf2[i]=(suf2[i+1]*HASH2+('1'-s[i]+ADD))%MOD2;}ull ans=0;for(int i=1;i<len;++i){int l=0,r=min(i,len-i),res=0;if(s[i]==s[i+1]){continue;}while(l<=r){ int mid=(l+r)>>1;if(get_pre1(i-mid,i)==get_suf1(i+1,i+1+mid)&&get_pre2(i-mid,i)==get_suf2(i+1,i+1+mid)){l=mid+1;res=l;}else{r=mid-1;}}ans+=res;}printf("%llu",ans);return 0;
}

字典树

字典树是一种 $k$ 叉树结构。原理是每一个节点都有一个布尔值 $flag$，判断是否是一个字符串的结尾。每一条边都有一个字符，表示前面的字符拼接起来就是字符串。这种数据结构能够 $\operatorname{O}(n)$ 查找前缀。

int cnt,trie[MAXN][MAXT],flag[MAXN];
inline int turn(char c);//字符映射函数 
inline void insert(string s){int root=0;for(int i=0;i<s.size();++i){int p=turn(s[i]);if(trie[root][p]){//有没有节点创建过 root=trie[root][p];//有就跳 }else{root=trie[root][p]=++cnt;//没有就建边 }}flag[root]=true;//标记末尾 
}
inline bool find(string s){int root=0;for(int i=0;i<s.size();++i){int p=turn(s[i]);if(!trie[root][p]){//如果没有，直接返回 return false;} root=trie[root][p];//跳 }return flag[root];//有没有这个末尾 
}

例题

这一道题目考虑贪心证明。如果在某一层，$u$ 需要比 $v$ 先，那么就建一条边。如果在下一层，出现了需要 $v$ 比 $u$ 先的情况，那就冲突了，不可能是最优。也就是判环或者用种类并查集。用 Topu 或者 Tarjan 都可以判环。

#include<bits/stdc++.h>
#define MAXN 30003
#define MAXM 26
#define MAXK MAXN*10
using namespace std;
struct node{int nxt[MAXM];bool end;
}tree[MAXK];
vector<string> ans;
int n,cnt,indeg[MAXM];
bool vis[MAXM][MAXM];
string s[MAXN];
inline void insert(string str){int root=0;for(int i=0;i<str.size();++i){int dot=str[i]-'a';if(!tree[root].nxt[dot]){tree[root].nxt[dot]=++cnt;}root=tree[root].nxt[dot];}tree[root].end=true;
}
inline bool addedge(string str){int root=0;for(int i=0;i<str.size();++i){int dot=str[i]-'a';if(tree[root].end){return false;}for(int j=0;j<MAXM;++j){if(tree[root].nxt[j]&&dot!=j&&!vis[dot][j]){++indeg[j];vis[dot][j]=true;}}root=tree[root].nxt[dot];}return true;
}
inline bool topusort(){queue<int> q;for(int i=0;i<MAXM;++i){if(!indeg[i]){q.push(i);}}while(!q.empty()){int front=q.front();q.pop();for(int i=0;i<MAXM;++i){if(vis[front][i]){--indeg[i];if(!indeg[i]){q.push(i);}}}}for(int i=0;i<MAXM;++i){if(indeg[i]){return false;}}return true;
}
int main(){ios::sync_with_stdio(false);int n;cin>>n;for(int i=1;i<=n;++i){cin>>s[i];insert(s[i]);}for(int i=1;i<=n;++i){memset(indeg,0,sizeof(indeg));memset(vis,0,sizeof(vis));if(addedge(s[i])&&topusort()){ans.push_back(s[i]);}}cout<<ans.size();for(int i=0;i<ans.size();++i){cout<<endl<<ans[i];}return 0;
}

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