AC自动机 学习笔记

好题单%A-C-L

AC自动机问题

电光火石后,只见 (n) 个字符串 (S) 袭来,而你唯一能做的是,在你手上捧着的字符串 (T) 中,找到每个 (S) 各自出现了几次。

(nle 10^5,|T|,sum|S|le2 imes10^6)

简思路

思考一下 KMP,我们利用了字符串中子串的共同点,但是这里肯定是不行的,给每一个 (S) 构建 KMP 是 (O(n^2)) 的。

首先建一棵字典树 Trie,然后将 (S_i) 依次插入字典树中。

比如 (S_1=abcd,S_2=bcf,T=abcflycakioi),我们用 (S_1) 匹配到 (T) 的第 4 位,这时失配了,我们是否可以直接用 (S_2) 接着匹配?答案是肯定的。

我们设数组 (fail_i) 代表在 Trie 的 (i) 号节点上,如果失配了应该何去何从,跳到哪个节点继续匹配。

注意这里为了方便,Trie 的总统节点编号为 1。

比如 (S_1=a,S_2=aa,S_3=ac,S_4=cb),那么 Trie 是这样的:

Tire

而加了 (fail) 是这样的(节点 (i) 用红色箭头指向 (fail_i)

fail

这样如果你匹配失败,就直接走向 (fail) 就行了!

注意,设根到点 (i) 的字符串是 (A),根到点 (fail_i) 的字符串是 (B) ,那么 (B)(A) 的后缀。

代码实现

建树 - insert

首先建树。每输入完一个字符串 (S) 就按照字典树插入:

void insert(int z){
	int len=strlen(cr+1),now=1;
	rep(i,1,len){
		int ch=cr[i]-'a';
		if(!tre[now][ch]){
			cnt++,tre[now][ch]=cnt;
		}
		now=tre[now][ch];
	}
	id[z]=now;//记录第z个字符串末尾是哪一个节点
}

求出fail - Gfail

然后就是求出 (fail) 了。我们用 bfs 实现。

首先,对于我这个节点,假设在 26 个儿子中,我枚举到了 'k'。

如果它存在,我的 'k'儿子的 (fail) 就是我的 (fail) 的儿子 'k'。这个不难理解,因为我的 (fail) 是我的后缀,和我差不多。然后把这个儿子的编号加入 bfs 队列。

否则,为了方便,我们直接让这个儿子指向(也就是编号变成)我的 (fail) 的儿子 'k',这样遍历就直接遍到那边去了。不加入 bfs 队列。但实际上这个儿子它还是不存在的。

void Gfail(){
	head=1,tail=1,que[1]=1;
	rep(i,0,25)tre[0][i]=1;//注释见下
	while(head<=tail){
		int now=que[head];
		rep(i,0,25){
			int edn=tre[ fail[now] ][i];
			if(tre[now][i]){
				fail[ tre[now][i] ]=edn;
				edge(edn,tre[now][i]);
				tail++,que[tail]=tre[now][i];
			}
			else tre[now][i]=edn;
		}
		head++;
	}
}

注释:因为我们没有 0 号节点,所以我们把所有不存在的节点都指向 1,代表为了方便,遍历到这直接遍历回总统。但是这样做要把所有字典树节点都设为 1 ,显然不方便,我们就把 0 号点的儿子都指向 1,如果走到了 0,那么遍历 0 的儿子的时候就会回到 1。我只能赞叹:人类智慧!

查询 - query

这里就需要大脑跨越了。初始我们站在 Trie 中 1 号节点上,设 (now) 为我们的位置,则 (now=1)。当我们在检索到 (T) 的第 (i) 个字符时,如果它是 (x) ,则我们走到 (now) 的第 (x) 个儿子(即 (now=tre[now][x])),然后我们开始跳 (fail)

因为一个字符串若匹配成功,那么它的 (fail) 也会匹配成功(是其后缀),它的 (fail)(fail) 也会匹配成功(后缀的后缀还是后缀)……所以我们不停跳 (fail),让经过的点都加一。

因为 (T) 是跑着的(对于 (T_i=x) 每次走到 (tre[now][x]))所以肯定会匹配成功,直接加就完事了。

void query(){
	int len=strlen(cr)-1,now=0;
	rep(i,0,len){
		now=tre[now][ cr[i]-'a' ];
		int z=now;
		while(z)tot[z]++,z=fail[z];
	}
}

最后 (S_i) 成功匹配了 (tot[ id[i] ]) 次!

这样就可以过 Luogu 模板题 弱化版 以及 正常版 了。

代码优化

显然这样一个一个加,时间太漫长。

如果 Trie 中点 (o) 被遍历到五次,每次都要加一,然后走去 (fail) 加一、 (fail)(fail) 加一……这显然是不必要的。我们可以等到 (T) 匹配结束后,给 (o)(fail) 以及 (fail fail)……加五,这样快了许多。

这就像一个拓扑图一样。于是整个 (Gfail( )) 结束后,我们把 Trie 当作拓扑图,(forall iin ext{Trie},deg[ fail[i] ]+1)。这样做,就保证了正确传输。(即不会有 (i)(fail) 加了 10 之后,又有 (fail=i) 的节点 (j)(i) 权值加了 20 ,(i)(fail) 又要加 20 这种情况)。

其它函数也要相应微调。

完整代码

二次加强版

#include<bits/stdc++.h>
#define rep(i,x,y) for(int i=x;i<=y;++i)
using namespace std;
const int n7=2012345;
struct dino{int son[27],fail;}tre[n7];
int n,cnt=1,idz[n7],tot[n7];
int head,tail,que[n7],deg[n7];char cr[n7];

int rd(){
	int shu=0;char ch=getchar();
	while(!isdigit(ch))ch=getchar();
	while(isdigit(ch))shu=(shu<<1)+(shu<<3)+ch-'0',ch=getchar();
	return shu;
}

void insert(int z){
	int len=strlen(cr+1),now=1;
	rep(i,1,len){
		int tmp=cr[i]-'a'+1;
		if(!tre[now].son[tmp]){
			cnt++,tre[now].son[tmp]=cnt;
		}
		now=tre[now].son[tmp];
	}
	idz[z]=now;
}

void bfs(){
	rep(i,1,26)tre[0].son[i]=1;
	head=1,tail=1,que[1]=1;
	while(head<=tail){
		int now=que[head];
		rep(i,1,26){
			if(tre[now].son[i]){
				tre[ tre[now].son[i] ].fail=tre[ tre[now].fail ].son[i];
				deg[ tre[ tre[now].fail ].son[i] ]++;
				tail++,que[tail]=tre[now].son[i];
			}
			else tre[now].son[i]=tre[ tre[now].fail ].son[i];
		}
		head++;
	}
}

void query(){
	int len=strlen(cr+1),now=1;
	rep(i,1,len){
		now=tre[now].son[ cr[i]-'a'+1 ];
		tot[now]++;
	}
}

void topo(){
	head=1,tail=0;
	rep(i,1,cnt){
		if(!deg[i])tail++,que[tail]=i;
	}
	while(head<=tail){
		int o=que[head];
		tot[ tre[o].fail ]+=tot[o];
		deg[ tre[o].fail ]--;
		if(!deg[ tre[o].fail ])tail++,que[tail]=tre[o].fail;
		head++;
	}
}

int main(){
	n=rd();
	rep(i,1,n)scanf("%s",cr+1),insert(i);
	bfs();
	scanf("%s",cr+1);
	query(),topo();
	rep(i,1,n)printf("%d
",tot[ idz[i] ]);
	return 0;
}

杂题

Censor

维护两个栈,一个存 (T) 的点,一个存 Trie 的点。可以删的话,直接两个栈同时回退 (l) (删除的那个字符串的长度)个就好了。最后输出 (stack-T)(显然)。

Video Game

(f_{i,j}) 为长度为 (i) ,最后一个字符对应 Trie 上 (j) 号节点的最大匹配数。

转移显然:

void dp(){
	memset(f,-0x3f,sizeof f),f[0][1]=0;
	rep(i,0,m-1)rep(j,1,cnt)rep(k,0,2){
		int tot=0,z=tre[j][k];
		while(z)tot+=val[z],z=fail[z];
		f[i+1][ tre[j][k] ]=max(f[i+1][ tre[j][k] ],f[i][j]+tot);
	}
}

Fail 树

如果对于所有的字典树节点(当然不算那些事实上不存在的节点)连边 (i-fail_i),( 1 没有 (fail) ),就形成了一棵 Fail树

如果你想以 节点1 为根,可以连有向边 (ileftarrow fail_i)

Fail 树性质

所有 (fail) 直接或间接指向 (i) 号点的节点。都在 (i) 的子树中。

所以查询字符串 (X) 在字符串 (Y) 中出现几次,等价于建出 TrieFail树 后,在 Fail树中 以 “(X)的结束节点”(设为 (i)) 为根的子树中有多少个 (Y) 包含的节点。

不理解可以看这解释:比如 (j) 号点是 (Y) 所包含的,是 (Y) 的第 (id) 个节点,那么代表在 (Y) 查询时,(j)(fail) 可以跑出 (X),所以 (X)(Y)(1sim id) 这个子串的后缀。

例题

阿机的打字狸

这就利用了上面的性质:Fail树上,我们只用知道把 (Y) 的点都加一后, (X) 结束节点子树的权值和就行了。

建 AC自动机、Fail 树,离线询问。

然后我们在 Trie 上 dfs,来到一个点在对应 Fail树 的点上权值加一,离开时减一。

如果来到了 (i) 节点,处理其挂着的所有询问(对于一询问 (X,Y),挂在 (Y) 上),查询 (X) 子树和。

问题变成:Fail树 上给某个点值,查询某个点子树和。这可以用dfs序实现。(因为dfs序中一个点的子树是连续的,变成了单点加和区间修,树状数组)。

Egovernment

与上题类似,让 (T) 在 Trie 上跑,经过的点对于的 Fail树 节点加一……但是然后我们要查询所有 (S) 的子树和,这显然炸了。

但是:给y的路径赋值,然后查询x的子树 等价于 给x的子树赋值,然后查询y的路径。

如法炮制,问题解决。

原文地址:https://www.cnblogs.com/BlankAo/p/14373027.html