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  • 【转载】最长回文字符串(manacher算法)

    原文转载自:http://blog.csdn.net/lsjseu/article/details/9990539
    偶然看见了人家的博客发现这么一个问题,研究了一下午, 才发现其中的奥妙。Stupid。

    题目描述:
    回文串就是一个正读和反读都一样的字符串,比如“level”或者“noon”等等就是回文串。
    回文子串,顾名思义,即字符串中满足回文性质的子串。
    给出一个只由小写英文字符a,b,c…x,y,z组成的字符串,请输出其中最长的回文子串的长度。

    输入:
    输入包含多个测试用例,每组测试用例输入一行由小写英文字符a,b,c…x,y,z组成的字符串,字符串的长度不大于200000。

    输出:
    对于每组测试用例,输出一个整数,表示该组测试用例的字符串中所包含的的最长回文子串的长度。

    样例输入:

    abab
    bbbb
    abba
    

    样例输出:

    3
    4
    4
    

    思路:

    回文串包括奇数长的和偶数长的,一般求的时候都要分情况讨论,这个算法做了个简单的处理把奇偶情况统一了。原来是奇数长度还是奇数长度,偶数长度还是偶数长度。

    算法的基本思路是这样的,把原串每个字符中间用一个串中没出现过的字符分隔#开来(统一奇偶),同时为了防止越界,在字符串的首部也加入一个特殊符$,但是与分隔符不同。同时字符串的末尾也加入’’.

    算法的核心:用辅助数组p记录以每个字符为核心的最长回文字符串半径。也就是p[i]记录了以str[i]为中心的最长回文字符串半径。p[i]最小为1,此时回文字符串就是字符串本身。

      先看个例子:
    
      原串:        w aa bwsw f d
      新串:     $ # w# a # a # b# w # s # w # f # d #
    

    辅助数组P: 1 2 1 2 3 2 1 2 1 2 1 4 1 2 1 2 1 2 1

    首先看代码(借助http://blog.csdn.net/thyftguhfyguj/article/details/9531149):

     #include <stdio.h>    
        #include <iostream>  
        using namespace std;  
    
        char s[200002];    
        char str[400010];    
        int p[400010];    
    
        int min(int a,int b){    
            return a < b ? a : b;    
        }    
    
        int pre(){    
            int i,j = 0;    
            str[j++] = '$';//加入字符串首部的字符串    
            for(i = 0;s[i];i++){    
                str[j++] = '#';  //分隔符  
                str[j++] = s[i];    
            }    
            str[j++] = '#';    
            str[j] = '';  //尾部加''  
            cout<<str<<endl;  
            return j;    
        }    
    
        void manacher(int n){    
            int mx = 0,id,i;    
            p[0] = 0;    
            for(i = 1;i < n;i++){    
                if(mx > i)  //在这个之类可以借助前面算的一部分  
                    p[i] = min(mx - i,p[2 * id - i]); //p[2*id-i]表示j处的回文长度   
                else  //如果i大于mx,则必须重新自己算  
                    p[i] = 1;    
                while(str[i - p[i]] == str[i + p[i]])  //算出回文字符串的半径  
                    p[i]++;    
                if(p[i] + i > mx){  //记录目前回文字符串扩展最长的id  
                    mx = p[i] + i;    
                    id = i;    
                }    
            }    
        }    
    
    
        int main(int argc, char const *argv[]){    
    
            while(scanf("%s",s) != EOF){    
                int n = pre();    
                manacher(n);    
                int ans = 0,i;    
                for(i = 1;i < n;i++)    
                    if(p[i] > ans)    
                        ans = p[i];    
                printf("%d
    ",ans - 1);         
            }    
            return 0;    
        }   

    上面的程序说明:pre()函数对给定字符串进行预处理,也就是加分隔符。

    上面几个变量说明:id记录具有遍历过程中最长半径的回文字符串中心字符串。mx记录了具有最长回文字符串的右边界。看下面这个图(注意,j为i关于id对称的点,j = 2*id - i):
    这里写图片描述

    但是p[i] = p[j]是没有错的,但是这里有个问题,就是i的一部分超出阴影部分,这就不对了。请看下图(为了看得更清楚,下面子串用细条纹表示):
    这里写图片描述

    此时,根据对称型只能得出p[i]和p[j]红色阴影部分是相等的,这就为什么有取最小值这个操作:

       if(mx > i)  //在这个之类可以借助前面算的一部分  
            p[i] = min(mx - i,p[2 * id - i]);  

    下面代码就很容易看懂了。

    最后遍历一遍p数组,找出最大的p[i]-1就是所求的最长回文字符串长度,下面证明一下:
    (1)因为p[i]记录插入分隔符之后的回文字符串半径,注意插入分隔符之后的字符串中的回文字符串肯定是奇数长度,所以以i为中心的回文字符串长度为2*p[i]-1。

    例如:

    bb=>#b#b#
    bab=>#b#a#a#b#
    

    2)注意上面两个例子的关系。#b#b#减去一个#号的长度就是原来的2倍。即((2*p[i]-1)-1)/2 = p(i)-1,得证。

    算法的有效比较次数为MaxId 次,所以说这个算法的时间复杂度为O(n)。

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