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  • Manacher's Algorithm

     

    Manacher's 

    马拉车算法其实就是用来解决最长回文字符串的问题的。

    回文串就是正反读起来就是一样的,如“abba”。

    如果暴力去解决这个问题的话,它的时间复杂度是O(n^3)    当然我们还可以优化一下采用中心检测法,这样可以使算法的复杂度降为O(n^2) + O(1) 

    现在重点来了,马拉车算法可以将该问题的复杂度降到O(N)

    马拉车算法:

    一)第一步是改造字符串S,变为T,其改造的方法如下:(为什么要改造呢?主要是为了统一奇数和偶数的情况)

    在字符串S的字符之间和S的首尾都插入一个“#”,如:S=“abba”变为T="#a#b#b#a#" 。我们会发现S的长度是4,而T的长度为9,长度变为奇数了!!那S的长度为奇数的情况时,变化后的长度还是奇数吗?我们举个例子,S=“abcba”,变化为T=“#a#b#c#b#a#”,T的长度为11,所以我们发现其改造的目的是将字符串的长度变为奇数,这样就可以统一的处理奇偶的情况了

    二)第二步,为了改进回文相互重叠的情况,我们将改造完后的T[ i ] 处的回文半径存储到数组P[ ]中,P[ i ]为新字符串T的T[ i ]处的回文半径,表示以字符T[i]为中心的最长回文字串的最端右字符到T[i]的长度,如以T[ i ]为中心的最长回文子串的为T[ l, r ],那么P[ i ]=r-i+1。这样最后遍历数组P[ ],取其中最大值即可。若P[ i ]=1表示该回文串就是T[ i  ]本身。举一个简单的例子感受一下:

    数组P有一性质,P[ i ]-1就是该回文子串在原字符串S中的长度 ,那就是P[i]-1就是该回文子串在原字符串S中的长度,至于证明,首先在转换得到的字符串T中,所有的回文字串的长度都为奇数,那么对于以T[i]为中心的最长回文字串,其长度就为2*P[i]-1,经过观察可知,T中所有的回文子串,其中分隔符的数量一定比其他字符的数量多1,也就是有P[i]个分隔符,剩下P[i]-1个字符来自原字符串,所以该回文串在原字符串中的长度就为P[i]-1。

    另外,由于第一个和最后一个字符都是#号,且也需要搜索回文,为了防止越界,我们还需要在首尾再加上非#号字符,实际操作时我们只需给开头加上个非#号字符,结尾不用加的原因是字符串的结尾标识为'',等于默认加过了。这样原问题就转化成如何求数组P[ ]的问题了。(因此我们可以在字符串的首加上‘¥’)

    三)如何求数组P [ ]

     求解数组P[ ]其实就是根据前 P[i-1] 从而推导出 P[i] 从而避免许多重复的匹配 (这有点像KMP算法) 

      从左往右计算数组P[ ], Mi为之前取得最大回文串的中心位置,而R是最大回文串能到达的最右端的值。

      1)当 i <=R时,如何计算 P[ i ]的值了?毫无疑问的是数组P中点 i 之前点对应的值都已经计算出来了。利用回文串的特性,我们找到点 i 关于 Mi 的对称点 j ,其值为 j= 2*Mi-i 。因,点 j 、i 在以Mi 为中心的最大回文串的范围内([L ,R]),

           a)那么如果P[j] <R-i (同样是L和j 之间的距离),说明,以点 j 为中心的回文串没有超出范围[L ,R],由回文串的特性可知,从左右两端向Mi遍历,两端对应的字符都是相等的。所以P[ j ]=P[ i ](这里得先从点j转到点i 的情况),如下图:

       b)如果P[ j ]>=R-i (即 j 为中心的回文串的最左端超过 L),如下图所示。即,以点 j为中心的最大回文串的范围已经超出了范围[L ,R] ,这种情况,等式P[ j ]=P[ i ]还成立吗?显然不总是成立的!因,以点 j 为中心的回文串的最左端超过L,那么在[ L, j ]之间的字符肯定能在( j, Mi ]找到相等的,由回文串的特性可知,P[ i ] 至少等于R- i,至于是否大于R-i(图中红色的部分),我们还要从R+1开始一一的匹配,直达失配为止,从而更新R和对应的Mi以及P[ i ]。

     

       2)当 i > R时,如下图。这种情况,没法利用到回文串的特性,只能老老实实的一步步去匹配。

     1 #include <stdio.h>
     2 #include <algorithm>
     3 #include <iostream>
     4 #include <stdbool.h>
     5 #include <stdlib.h>
     6 #include <string>
     7 #include <string.h>
     8 #include <math.h>
     9 #include <vector>
    10 #include <queue>
    11 #include <stack>
    12 #include <set>
    13 #include <map>
    14 
    15 #define INF 0x3f3f3f3f
    16 #define LL long long
    17 #define MAXN 2000005
    18 using namespace std;
    19 
    20 char Ma[MAXN*2];
    21 int Mp[MAXN*2];
    22 char s[MAXN];
    23 
    24 void Manacher(char s[],int len)
    25 {
    26     // 预处理
    27     int l = 0;
    28     Ma[l++] = '$';
    29     Ma[l++] = '#';
    30     for (int i=0;i<len;i++)
    31     {
    32         Ma[l++] = s[i];
    33         Ma[l++] = '#';
    34     }
    35     Ma[l++] = 0;
    36     //根据Mp[i-1]递推出Mp[i]
    37     int mx = 0;  // i-1的最右端
    38     int id = 0;  // i-1的中心
    39     for (int i=0;i<l;i++)
    40     {
    41         Mp[i] = mx>i?min(Mp[2*id-i],mx-i):1;
    42         while (Ma[i+Mp[i]] == Ma[i-Mp[i]])
    43             Mp[i]++;
    44         if (i+Mp[i]>mx)
    45         {
    46             mx = Mp[i]+i;
    47             id = i;
    48         }
    49     }
    50 }
    51 
    52 int main()
    53 {
    54     scanf("%s",s);
    55     int len = strlen(s);
    56     Manacher(s,len);
    57     int ans = 0;
    58     for (int i=0;i<2*len+2;i++)
    59         ans = max(ans,Mp[i]-1);
    60     printf("%d
    ",ans);
    61     return 0;
    62 }
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