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kmp学习笔记

时间:2018-11-13 21:02:53      阅读:172      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

没错,博主又开始学算法了。。。话说我以前不是叫自己猴子吗?

还是那句话,因为是个人的感受与体验,所以写上原创。

模版题

kmp简介

平常我们字符串匹配,暴力\(O(nm)\)是不是感觉自己已经可以称霸全世界了?

不是!还有STL

STL的大佬就不要看我这种蒟蒻的博客了。

当然,时间慢自然会有大佬去开发一种算法来加速。
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就是他们,研究出了kmp看毛片算法。
sto,sto,sto

kmp的过程

kmp的思想是什么?

建一个kmp数组,\(kmp_{i}\)代表在一个字符串中\([i-kmp_{i}+1,i]\)\([1,kmp_{i}]\)是匹配的。(注意,\(kmp_{i}\ne i\))。

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那么,当我们知道了\(kmp_{i}\)如何求出\(kmp_{i+1}\)
(设字符串为\(ss\)数组)

  1. 如果\(ss[kmp_{i}+1]=ss[i+1]\)那么\(kmp_{i+1}=kmp_{i}+1\),这一步很简单。
  2. 如果\(ss[kmp_{i}+1]\ne ss[i+1]\),那怎么办?\(kmp_{i+1}=0\),然后重新循环一遍匹配?
    不不不,想想kmp数组的定义,一个字符串中\([i-kmp_{i}+1,i]\)\([1,kmp_{i}]\)是匹配的,我们不能让这一个重要的资源浪费了。

匹配过程:

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最后我们就匹配成功了。

所以,当\(ss[kmp_{i}+1]\ne ss[i+1]\)时,我们可以设\(now=kmp_{i}\)
然后不断匹配,匹配不成功就让\(now=kmp_{now}\),我们可以设\(kmp_{0}=-1\)\(ss[kmp_{i}+1]=ss[i+1]\)\(now=-1\)时退出,同时用\(kmp_{i+1}=now+1\)
其实第一个也可以这么做,因为当\(now=kmp_{i}\)时就已经退出了,所以\(kmp_{i+1}=now+1=kmp_{i}+1\)

我们可以先处理出子串的kmp数组,那么怎么做?
\(i\)为当前已经匹配到的母串的位置,那么设now代表母串中\([i-now+1,now]\)与子串的\([1,now]\)完全匹配,那么的话,就像建立kmp数组那样,以母串的第\(i\)个位置now来处理出\(i+1\)的位置的now。

至于具体过程,跟处理kmp数组那样,换汤不换药,自己想。

就是你懒!

而这里,就是判断当\(now=\)子串的长度时,\(ans++,now=0\)

注:这里的kmp数组许多人都失败\((fail)\)数组。
注意,不能让\(kmp_{i}=i\)

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
using  namespace  std;
char  s1[2100],s2[2100];//字符串
int  kmp[2100],ans,n,m;//kmp数组
int  main()
{
    while(1)
    {
        scanf("%s",s1+1);n=strlen(s1+1);
        if(n==1  &&  s1[1]==‘#‘)break;//判断
        scanf("%s",s2+1);m=strlen(s2+1);//输入
        kmp[0]=-1;ans=0;//一种让kmp[i]!=i的方法
        int  now;
        for(int  i=1;i<=m;i++)//子串
        {
            now=kmp[i-1];
            while(now>-1  &&  s2[i]!=s2[now+1])now=kmp[now];
            kmp[i]=now+1;
        }
        now=0;
        for(int  i=1;i<=n;i++)//母串匹配
        {
            while(now>-1  &&  s1[i]!=s2[now+1])now=kmp[now];
            now++;
            if(now==m)ans++,now=0;//统计答案
        }
        printf("%d\n",ans);
    }
    return  0;
}

眼熟的一道题

这道题,用kmp做的话,仔细观察,发现如果\(n\bmod (n-kmp_{n})==0\),那么\(n-kmp_{n}\)就是循环节,否则不存在循环节。

Why?

首先,如果\(kmp_{n}<(n+1)/2\)那么\(n\bmod (n-kmp_{n})\ne 0\)
因此我们不讨论这种情况。

如图:
注:这里a1-a10代表字符串的前缀,b1-b10是字符串的后缀

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那我们现在需要证明当\(n\bmod (n-kmp_{n})\ne 0\)时没有循环节。
反证法:
如果有,设循环节长度为\(k\),然后设\(kmp_{n}\%k=tt\)

那么:
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所以这种方法可以行得通,耶!

代码:

#include<cstdio>
#include<cstring>
using  namespace  std;
char  ss[2100000];
int  kmp[2100000],n;
int  main()
{
    while(1)
    {
        scanf("%s",ss+1);n=strlen(ss+1);
        if(n==1  &&  ss[1]==‘.‘)break;//判断 
        kmp[0]=-1;
        int  now=0;
        for(int  i=1;i<=n;i++)//建造kmp数组 
        {
            now=kmp[i-1];
            while(now>-1  &&  ss[now+1]!=ss[i])now=kmp[now];
            kmp[i]=now+1;
        }
        if(n%(n-kmp[n])==0)printf("%d\n",n/(n-kmp[n]));//判断 
        else  printf("1\n");
    }
    return  0;
}

一道循环节的变种问题

这道题,我们这次只要输出n-kmp[n]就行了。。。

首先在这道题中,如果abc是循环节,那么bca、cab也是循环节,也就是谁从开头求循环节或从结尾求循环节得出的长度是一样的,那么像上次那样\(n-kmp_{n}\)
答案是肯定的,假设从结尾求得循环节是\(a_{1}a_{2}a_{3}...a_{k}\)而字符串则是\(a_{i}a_{i+1}...a_{k}a_{1}a_{2}...a_{k}...\)。那么\(kmp_{n}\)除了像上次那样统计了循环节外,还统计了开头\(a_{i}a_{i+1}...a_{k}\)的部分,所以拿\(n-kmp_{n}\)刚好就是循环节的长度,而且因为题意,我们不用担心无解的情况,直接输出就好了。

#include<cstdio>
#include<cstring>
using  namespace  std;
int  kmp[1100000],n;
char  st[1100000];
int  main()
{
    scanf("%d",&n);
    scanf("%s",st+1);
    kmp[0]=-1;
    for(int  i=1;i<=n;i++)//统计kmp数组
    {
        int  now=kmp[i-1];
        while(now!=-1  &&  st[i]!=st[now+1])now=kmp[now];
        kmp[i]=now+1;
    }
    printf("%d\n",n-kmp[n]);//输出
    return  0;
}

题意看不懂QAQ。。。

将题意转成人话:
求字符串A的所有前缀AA,定义最长的不断复制自己再接到后面能够覆盖前缀AA且不等于AA的字符串为AA的周期(周期可以是空串),如abababab,ababab通过不断复制自己再接到后面形成abababababab...能够覆盖abababab,且ababab的长度是最长的,求所有前缀AA的周期长度总和。

这道题,就是要我们求出每个前缀的最长循环节,跟上题差不多,不过找的方式变了。

从前往后找与从后往前找的最长循环节长度一样。

那么我们考虑题意是接到不断复制接到前面,那么我们可以知道

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而且通过上一道题,我们可以知道,这里的红色块就是上一道题的循环节,而循环节就是\(now-kmp_{now}\),我们就可以不断用\(now\%(now-kmp_{now})\)来处理出黄色块的长度,然后用前缀AA的长度减去黄色块的长度,就是最长循环节的长度了。

当然也有细节:

  1. \(kmp_{now}=0\)时退出。
  2. 在模的过程,别忘了当now=0时,now=\((now-kmp_{now})\)。(特判没有黄色块的情况。)

优化:当\(kmp_{i}\ne 0\)时,我们可以用\(kmp_{i}=前缀1->i的黄色块的长度\),省去以后找的次数。

#include<cstdio>
#include<cstring>
using  namespace  std;
int  kmp[1100000],n;
char  st[1100000];
int  main()
{
    scanf("%d",&n);
    scanf("%s",st+1);
    kmp[0]=-1;
    for(int  i=1;i<=n;i++)//kmp
    {
        int  now=kmp[i-1];
        while(now!=-1  &&  st[i]!=st[now+1])now=kmp[now];
        kmp[i]=now+1;
    }
    long  long  ans=0;
    for(int  i=1;i<=n;i++)
    {
        int  now=i;
        while(kmp[now])//处理黄色块的长度
        {
            int  gtk=kmp[now];
            now%=gtk;
            if(now==0)now=gtk;//特判
        }
        if(kmp[i]!=0)kmp[i]=now;//优化
        ans+=i-now;//统计
    }
    printf("%lld\n",ans);//输出
    return  0;
}

当然,有的大佬为了让过程简洁,用另一种方法,思想一样,方法不同。

每次跳\(kmp_{now}\),当\(kmp_{now}=0\)时退出,至于为什么正确,参考上面的题目与kmp数组的定义。

优化也可以用到哟。

#include<cstdio>
#include<cstring>
using  namespace  std;
int  kmp[1100000],n;
char  st[1100000];
int  main()
{
    scanf("%d",&n);
    scanf("%s",st+1);
    kmp[0]=-1;
    for(int  i=1;i<=n;i++)//kmp数组处理
    {
        int  now=kmp[i-1];
        while(now!=-1  &&  st[i]!=st[now+1])now=kmp[now];
        kmp[i]=now+1;
    }
    long  long  ans=0;
    for(int  i=1;i<=n;i++)
    {
        int  now=i;
        while(kmp[now])now=kmp[now];//找到黄色块的长度
        if(kmp[i]!=0)kmp[i]=now;
        ans+=i-now;//统计答案。
    }
    printf("%lld\n",ans);//输出
    return  0;
}

练习三

人话。。。

统计字符串中由A+B+A构成的字符子串的个数,且|A|≥k,|B|≥1,且一个划分不同但区域相同的算同一子串。

如aaaaa,可以分成A="aa",B="a"或A="a",B="aaa",但是只算一个。

枚举左端点,跑左端点至n的kmp,然后暴力枚举右端点,\(O(n^{2})\)可以过!

不过如何判断一个区间是否符合?

\(now=kmp_{r}\),然后判断l->now的长度符不符合要求,不符合继续让\(now=kmp_{now}\),符合,统计答案,退出。

可能说的不好。。。看代码然后自行理解。

#include<cstdio>
#include<cstring>
using  namespace  std;
int  kmp[21000],n,m,ans;
char  st[21000];
int  main()
{
    scanf("%s",st+1);n=strlen(st+1);//输入
    scanf("%d",&m);
    for(int  i=1;i<=n;i++)
    {
        kmp[i-1]=i-2;//像kmp[0]=-1的操作
        for(int  j=i;j<=n;j++)
        {
            int  now=kmp[j-1];
            while(now!=i-2  &&  st[now+1]!=st[j])now=kmp[now];//处理kmp数组
            kmp[j]=++now;now=j;
            if(i+2*m<=j)//i+2*m-1+1,先判断可不可能存在这样的子串
            {
                while(kmp[now]>=i+m-1)//判断条件
                {
                    if(kmp[now]<=(i+j)/2-1)//判断是否是A+B+A的形式
                    {
                        ans++;//统计,退出
                        break;
                    }
                    now=kmp[now];//继续判断
                }
            }
        }
    }
    printf("%d\n",ans);//输出
    return  0;
}

一个暖心的练习四

一个栈储存目前没有被删除的字符串,然后。。。

#include<cstdio>
#include<cstring>
using  namespace  std;
char  s1[1100000]/*母串*/,s2[1100000]/*子串*/,st[1100000]/*栈*/;//字符串
int  kmp[1100000],dt[1100000],n,m,len;//kmp数组
int  main()
{
    scanf("%s%s",s1+1,s2+1);n=strlen(s1+1);m=strlen(s2+1);//输入
    kmp[0]=-1;//
    for(int  i=1;i<=m;i++)
    {
        int  now=kmp[i-1];
        while(now!=-1  &&  s2[i]!=s2[now+1])now=kmp[now];
        kmp[i]=now+1;
    }//处理kmp数组
    for(int  i=1;i<=n;i++)
    {
        st[++len]=s1[i];//弹入栈
        int  now=dt[len-1];
        while(now!=-1  &&  st[len]!=s2[now+1])now=kmp[now];
        dt[len]=now+1;//记录
        if(dt[len]==m)len-=m;//如果是可以匹配,弹出
    }
    for(int  i=1;i<=len;i++)printf("%c",st[i]);//输出
    printf("\n");
    return  0;
}

终于写完了。。。

kmp学习笔记

原文:https://www.cnblogs.com/zhangjianjunab/p/9954687.html

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