• 马拉车算法(manacher)


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    前言

    马拉车算法是一个能在线性时间能求出最长回文串长度的算法。

    个人感觉和kmp也许有异曲同工之妙。


    [button color="warning" icon="" url="https://www.luogu.com.cn/problem/P3805" type=""]模板题传送门[/button]

    首先,我们的目标是求出最长回文子串的长度

    暴力相信大家都会,先是枚举L和R然后O(n)判断每个子串是否是回文串,总时间复杂度(O(n^3))

    稍微优化一下,枚举中间点mid,贪心地向两端扩展找到最长的(len[i]),即以i为回文串中心的最大扩展长度。当然,我们发现这样只能处理回文串长度为奇数的情况。所以对于这个暴力,我们有了一个新思路:在两个相邻字符之间插入一个不会出现的字符。

    比如aabba,我们把它变成#a#a#b#b#a#,这样每个点向两边扩展出的就一定是奇数长度的(len[i])了。于是这个暴力的时间复杂度就是(O(n^2))。下面所使用的字符串也是经过了这样的变换的。

    这也正打开了马拉车算法的大门。


    众所周知,对暴力算法的优化是对重复计算的优化以及已知信息的利用

    先来看重复的计算。

    在上面(O(n^2))的算法中,我们对很多子串进行了重复搜索,最明显的就是,假设i和j都在同一个回文子串内并且关于中心对称,那么(len[j]>=len[i])。这是显然的。

    于是我们考虑设置一个变量(mid),表示上面那个回文子串的中心,(mr(maxright))表示这个回文子串的右端点。

    哦对了,这个回文子串是当前右端点最大的回文子串,所以叫做maxright。

    当我们目前遍历到的i是小于mr的时候,即下图这种情况。

    image.png

    如图,我们找到i的对称点i',发现可以用 2*mid-i得到,于是 len[i]=len[mid*2-i],但是这个对称只在我们以mid为重心的回文串中可以用,所以 i+len[i]<=mr,len[i]<=mr-i,综合,len[i]=min(len[mid*2-i],mr-i)

    接下来是另一种情况,也就是i在mr的右边,i>=mr。

    此时,我们没有多余的信息可以利用了,只能以i为重心开始和上面说的一样暴力地拓展找len[i],那么此时我们的i就是新的mid,找到的i+len[i]就是新的mr。

    那么这样的时间复杂度为什么是O(n)的呢?

    首先考虑i<mr的情况,用了对称性之后基本无法再找到更优的解,所以这一步是O(1)的。

    最令人迷惑的就是i>=mr的时候。

    看似这样while去找新的len是非常浪费时间的,但是我们在这一步扩展了mr,并且mr会且只会从1被扩展到n,所以mr的扩展总共是O(n)的,mr不扩展的时候也就是i<mr的时候是O(1)的。

    于是总的时间复杂度就是O(n)。


    模板题代码;

    #include<bits/stdc++.h>
    #define max(a,b) (a>b?a:b)
    #define reg register
    using namespace std;
    const int N=2.2e7+10;
    char d[N];
    int hw[N],n;
    void read()
    {
    	char ch=getchar();
    	d[0]=d[++n]='#';
    	while(ch<'a'||ch>'z')ch=getchar();
    	while(ch>='a'&&ch<='z')d[++n]=ch,d[++n]='#',ch=getchar();
    }
    void manacher()
    {
    	int mr=0,mid;
    	for(reg int i=1;i<n;i++)
    	{
    		if(i<mr)hw[i]=min(hw[(mid<<1)-i],mid+hw[mid]-i);
    		else hw[i]=1;
    		while(d[i+hw[i]]==d[i-hw[i]])hw[i]++;
    		if(i+hw[i]>mr)mr=hw[i]+i,mid=i;
    	}
    }
    int main()
    {
    	reg int ans=1;
    	read();
    	manacher();
    	for(reg int i=0;i<n;i++)
    		ans=max(ans,hw[i]);
    	printf("%d
    ",ans-1); 
    	return 0;
    }
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/moyujiang/p/14019686.html
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