大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。
AC自动机和Fail树
萌新第一次试着写博客…全是口胡(/□\*),可能以后也不会有时间再写了
相关数据结构:AC自动机,树状数组(线段树)
Fail指针的基本性质:某只结点的Fail指针,指向它所代表的字符串的最长的后缀的结点。
性质:每只结点沿着其Fail指针一直走,最终会走到根节点。
这样,将每只结点和其Fail指针指向的结点连边,就形成了一个树,其根与原Trie树相同,称为Fail树。
性质:
1 某个结点 A A A,它子树中的所有节点在Trie图中沿Fail指针一直走,会走到 A A A结点,这说明这些结点所代表的前缀都是 A A A的后缀。
2 该结点沿Fail指针向根走,经过的所有结点所代表的串都是该结点 A A A的后缀。
例子:
对每一个模式串 s i s_i si,将它所有前缀所代表的结点的权值 + 1 +1 +1,再求以 A A A为根的子树的权值和,就是 A A A在所有模式串中出现的次数。
具体地,我们可以递归地求权和,也可以用DFS序,求该结点区间的区间和。(单点更新、区间查询)
还记得吗?AC自动机可以求所有模式串在待匹配串中出现的总次数。
例:[NOI2011]阿狸的打字机
题目描述
打字机上只有28个按键,分别印有26个小写英文字母和’B’、’P’两个字母。经阿狸研究发现,这个打字机是这样工作的:
·输入小写字母,打字机的一个凹槽中会加入这个字母(这个字母加在凹槽的最后)。
·按一下印有’B’的按键,打字机凹槽中最后一个字母会消失。
·按一下印有’P’的按键,打字机会在纸上打印出凹槽中现有的所有字母并换行,但凹槽中的字母不会消失。
例如,阿狸输入aPaPBbP,纸上被打印的字符如下:
a aa ab
我们把纸上打印出来的字符串从1开始顺序编号,一直到n。打字机有一个非常有趣的功能,在打字机中暗藏一个带数字的小键盘,在小键盘上输入两个数(x,y)(其中1≤x,y≤n),打字机会显示第x个打印的字符串在第y个打印的字符串中出现了多少次。
阿狸发现了这个功能以后很兴奋,他想写个程序完成同样的功能,你能帮助他么?
输入输出格式
输入格式:
输入的第一行包含一个字符串,按阿狸的输入顺序给出所有阿狸输入的字符。
第二行包含一个整数m,表示询问个数。
接下来m行描述所有由小键盘输入的询问。其中第i行包含两个整数x, y,表示第i个询问为 ( x , y ) (x, y) (x,y)。
输出格式:
输出m行,其中第i行包含一个整数,表示第i个询问的答案。
思考:
本题要求任意一个串在给定的串中的出现次数,可能有100000次询问,AC自动机和KMP等等显然都不行。
根据Fail树的性质,一只以结点 A A A为根的子树中的结点,一定含有 A A A串做后缀。那么如果 A A A是某个串的结束结点,那么 A A A串就在这些结点的串中出现过。那么对于另一个串 B B B,它的结点有多少在 A A A子树中出现,那么 A A A就在 B B B中出现了多少次。这就变成了一个子树求和问题。
求子树的权值和可以用上述提到的DFS序结合树状数组来做。但是怎样只求一个特定的串的权值和呢?在遍历Trie树的时候,给当前搜索路径上所有结点的权值 + 1 +1 +1,退出时再 − 1 -1 −1,这样就保证只有搜索路径上的结点有权值 1 1 1。每当DFS到一只结束结点时,它所对应的串 B B B的所有节点都在搜索路径上。这样要求 A A A在 B B B中的出现次数,只要求 A A A子树的权值和就好啦。
预先将查询按照 y y y排序,每DFS到一只结束结点 y y y,就处理该结束结点的所有查询:对每个 ( x , y ) (x,y) (x,y)都进行区间求和的操作,复杂度 O ( l o g n ) O(logn) O(logn)。一共是 O ( ( n + m ) l o g n ) O((n+m)logn) O((n+m)logn)。
(祖传的郭老师数算实习课上的AC自动机模板…码风枣糕ヽ(・ω・´メ)
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdio>
#include <queue>
#include <vector>
#include <cstring>
using namespace std;
#define N 100005
#define inf 0x7fffff
#define lb(x) ((x)&-(x))
char s[N];
int nodeCnt = 2, pCnt, q, l;
int dfn[N], Time, Range[N][2], ans[N];
struct Quest{
int x, y, index;
bool operator<(const Quest &op) const {
return y < op.y; }
Quest(){
}
Quest(int _y):y(_y){
}
}Q[N];
struct Node{
Node *child[26], *prev, *fa;
vector<Node *> fail;
int poi; //代表打印次序编号
}T[N];
/* 一只树状数组 */
struct TreeA{
int C[N];
void Upd(int x, int v = 1){
while(x<=nodeCnt){
C[x]+=v, x+=lb(x);
}
}
int Sum(int x){
int sum = 0;
while(x){
sum += C[x];
x -= lb(x);
}
return sum;
}
TreeA() {
memset(C, 0, sizeof(C)); }
}TA;
void BuildTrie(){
Node *now = T + 1;
for (int i = 0; s[i]; i++){
if(s[i]=='P'){
now->poi = ++pCnt;
continue;
}
if(s[i]=='B'){
now = now->fa;
continue;
}
if(!now->child[s[i]-'a']){
now->child[s[i] - 'a'] = T + nodeCnt++;
now->child[s[i] - 'a']->fa = now;
}
now = now->child[s[i] - 'a'];
}
}
/* 建立一只fail树 */
void BuildFail(){
for (int i = 0; i < 26;i++)
T->child[i] = T + 1;
(T + 1)->prev = T;
queue<Node *> q;
q.push(T + 1);
while(!q.empty()){
Node *now = q.front();
q.pop();
for (int i = 0; i < 26;i++)
if(now->child[i]){
Node *prev = now->prev;
while(!prev->child[i])
prev = prev -> prev;
now->child[i]->prev = prev->child[i];
prev->child[i]->fail.push_back(now->child[i]);
q.push(now->child[i]);
}
}
}
/* 遍历Fail树,找到它的DFS序 */
void DFN(Node* r){
dfn[r - T] = ++Time;
for (int i = 0; i < r->fail.size(); i++)
DFN(r->fail[i]);
if(r->poi)
Range[r->poi][1] = Time,Range[r->poi][0]=dfn[r-T];
}
/* 遍历Trie树,不断处理查询 */
void DFS(Node* r){
TA.Upd(dfn[r - T]); /* 搜索路径上结点权值+1 */
if(r->poi){
int now = lower_bound(Q, Q + q, Quest(r->poi)) - Q;
for (; Q[now].y == r->poi;now++){
int x = Q[now].x;
ans[Q[now].index] = TA.Sum(Range[x][1]) - TA.Sum(Range[x][0] - 1);
}
}
for (int i = 0; i < 26;i++)
if(r->child[i])
DFS(r->child[i]);
TA.Upd(dfn[r - T], -1); /* 不在搜索路径上了 权值为0 */
}
int main(){
scanf("%s", s);
BuildTrie();
BuildFail();
DFN(T+1);
cin >> q;
for (int i = 0; i < q;i++){
scanf("%d%d", &Q[i].x, &Q[i].y);
Q[i].index = i;
}
sort(Q, Q + q);
DFS(T+1);
for (int i = 0; i < q;i++)
printf("%d\n", ans[i]);
return 0;
}
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