• (AC自动机/矩阵快速幂)poj 2778 DNA Sequence


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    It's well known that DNA Sequence is a sequence only contains A, C, T and G, and it's very useful to analyze a segment of DNA Sequence,For example, if a animal's DNA sequence contains segment ATC then it may mean that the animal may have a genetic disease. Until now scientists have found several those segments, the problem is how many kinds of DNA sequences of a species don't contain those segments. 

    Suppose that DNA sequences of a species is a sequence that consist of A, C, T and G,and the length of sequences is a given integer n. 

    Input

    First line contains two integer m (0 <= m <= 10), n (1 <= n <=2000000000). Here, m is the number of genetic disease segment, and n is the length of sequences. 

    Next m lines each line contain a DNA genetic disease segment, and length of these segments is not larger than 10. 

    Output

    An integer, the number of DNA sequences, mod 100000.

    Sample Input

    4 3
    AT
    AC
    AG
    AA
    

    Sample Output

    36

    非常经典的题目。

    注意到将给定的字符串建立AC自动机以后,点数最多也只有100,其中一些点为坏点(即对匹配串在AC自动机上匹配时不能到的点,若到了即含有不应该出现的字符串)。

    考虑建立矩阵,第i行第j列表示从编号为i的节点下一步走到编号为j的节点的路径数。因为不能到坏点,也就更不能从坏点出发,将坏点对应的行列全部置为0。

    由此得到的矩阵n次幂后第一行的值之和即为符合题意的个数。

    整个过程中几个需要注意的细节:

    1、原点连出的边如果连向的节点不存在,则将该边连回原点

    2、某位置如果后缀是病毒,则该节点也为坏节点

      1 #include <cstdio>
      2 #include <iostream>
      3 #include <algorithm>
      4 #include <vector>
      5 #include <set>
      6 #include <map>
      7 #include <string>
      8 #include <cstring>
      9 #include <stack>
     10 #include <queue>
     11 #include <cmath>
     12 #include <ctime>
     13 #include <bitset>
     14 #include <utility>
     15 #include <assert.h>
     16 using namespace std;
     17 #define rank rankk
     18 #define mp make_pair
     19 #define pb push_back
     20 #define xo(a,b) ((b)&1?(a):0)
     21 #define tm tmp
     22 //#define LL ll
     23 typedef unsigned long long ull;
     24 typedef pair<int,int> pii;
     25 typedef long long ll;
     26 typedef pair<ll,int> pli;
     27 typedef pair<ll,ll> pll;
     28 const int INF=0x3f3f3f3f;
     29 const ll INFF=0x3f3f3f3f3f3f3f3fll;
     30 const int MAX=1e6+5;
     31 //const ll MAXN=2e8;
     32 //const int MAX_N=MAX;
     33 const int MOD=1e5;
     34 //const long double pi=acos(-1.0);
     35 const long double eps=1e-9;
     36 ll gcd(ll a,ll b){return b?gcd(b,a%b):a;}
     37 template<typename T>inline T abs(T a) {return a>0?a:-a;}
     38 template<class T> inline
     39 void read(T& num) {
     40     bool start=false,neg=false;
     41     char c;
     42     num=0;
     43     while((c=getchar())!=EOF) {
     44         if(c=='-') start=neg=true;
     45         else if(c>='0' && c<='9') {
     46             start=true;
     47             num=num*10+c-'0';
     48         } else if(start) break;
     49     }
     50     if(neg) num=-num;
     51 }
     52 inline ll powMM(ll a,ll b,ll M){
     53     ll ret=1;
     54     a%=M;
     55 //    b%=M;
     56     while (b){
     57         if (b&1) ret=ret*a%M;
     58         b>>=1;
     59         a=a*a%M;
     60     }
     61     return ret;
     62 }
     63 void open()
     64 {
     65 //    freopen("1009.in","r",stdin);
     66     freopen("out.txt","w",stdout);
     67 }
     68 //int类型matrix模版
     69 const int m_num=105;//矩阵的大小
     70 inline void add(int &a,int b)//保证a、b已全取过一次MOD(可以为负)
     71 {
     72     a=(a+b+MOD)%MOD;if(a<0)a+=MOD;
     73 }
     74 struct matrix
     75 {
     76     int e[m_num][m_num];
     77     int row,col;
     78     matrix(){}
     79     matrix(int _r,int _c):row(_r),col(_c){memset(e,0,sizeof(e));}
     80     matrix operator * (const matrix &tem)const
     81     {
     82         matrix ret=matrix(row,tem.col);//新形成的矩阵规模为 左行右列
     83         for(int i=1;i<=ret.row;i++)
     84             for(int j=1;j<=ret.col;j++)
     85                 for(int k=1;k<=col;k++)
     86                     add(ret.e[i][j],1LL*e[i][k]*tem.e[k][j]%MOD);
     87         return ret;
     88     }
     89     matrix operator + (const matrix &tem)const
     90     {
     91         matrix ret=matrix(row,col);
     92         for(int i=1;i<=row;i++)
     93             for(int j=1;j<=col;j++)add(ret.e[i][j],(e[i][j]+tem.e[i][j])%MOD);
     94         return ret;
     95     }
     96     void getE()//化为单位阵
     97     {
     98         for(int i=1;i<=row;i++)
     99             for(int j=1;j<=col;j++)e[i][j]=(i==j?1:0);
    100     }
    101 };
    102 matrix m_qpow(matrix tem,int x)//矩阵快速幂
    103 {
    104     matrix ret=matrix(tem.row,tem.row);
    105     ret.getE();
    106     while(x)
    107     {
    108         if(x&1)ret=ret*tem;
    109         x>>=1;tem=tem*tem;
    110     }
    111     return ret;
    112 }
    113 
    114 
    115 
    116 const int SIGMA_SIZE=4;
    117 const int MAXNODE=110;
    118 /*
    119     由于失配过程比较复杂,要反复沿着失配边走,
    120     在实践中常常会把下述自动机改造一下,把所有不存在的边“补上”
    121     即把计算失配函数中的语句if(!u)continue;改成
    122     if(!u){ch[r][c]=ch[f[r]][c];continue;}
    123     这样,就完全不需要失配函数,而是对所有转移一视同仁
    124     即find函数中的while(j&&!ch[j][c])j=f[j] 可以直接删除
    125 
    126 */
    127 struct AhoCorasickAutomata
    128 {
    129     int ch[MAXNODE][SIGMA_SIZE];//Trie树
    130     int f[MAXNODE];//fail函数
    131     int val[MAXNODE];//每个字符串的结尾结点都有非0的val
    132     int num;//trie树编号(亦为包含根结点的当前size)
    133     //初始化
    134     void init()
    135     {
    136         num=1;
    137         memset(ch[0],-1,sizeof(ch[0]));
    138         val[0]=0;
    139     }
    140     //返回字符对应编号
    141     int idx(char c)
    142     {
    143         if(c=='A')return 0;
    144         else if(c=='T')return 1;
    145         else if(c=='C')return 2;
    146         else if(c=='G')return 3;
    147     }
    148     //插入权值为v的字符串
    149     void insert(char *s,int v)
    150     {
    151         int u=0,n=strlen(s);
    152         for(int i=0;i<n;i++)
    153         {
    154             int c=idx(s[i]);
    155             if(ch[u][c]==-1)
    156             {
    157                 memset(ch[num],-1,sizeof(ch[num]));
    158                 val[num]=0;
    159                 ch[u][c]=num++;
    160             }
    161             u=ch[u][c];
    162         }
    163         val[u]=v;
    164     }
    165     void getFail()
    166     {
    167         queue <int> que;
    168         f[0]=0;
    169         for(int c=0;c<SIGMA_SIZE;c++)
    170         {
    171             int u=ch[0][c];
    172             if(u!=-1)
    173             {
    174                 f[u]=0;que.push(u);
    175             }
    176             else
    177                 ch[0][c]=0;//让其回到起始点
    178         }
    179         while(!que.empty())
    180         {
    181             int r=que.front();que.pop();
    182             if(val[f[r]])val[r]=val[f[r]];
    183             for(int c=0;c<SIGMA_SIZE;c++)
    184             {
    185                 int u=ch[r][c];
    186                 if(u==-1){ch[r][c]=ch[f[r]][c];continue;}
    187                 que.push(u);
    188                 f[u]=ch[f[r]][c];
    189             }
    190         }
    191     }
    192 }AC;
    193 int m,n;
    194 char tem[15];
    195 
    196 int main()
    197 {
    198     while(~scanf("%d%d",&m,&n))
    199     {
    200         AC.init();
    201         for(int i=1;i<=m;i++){scanf("%s",tem);AC.insert(tem,i);}
    202         AC.getFail();
    203         matrix an(AC.num,AC.num);
    204         for(int i=0;i<AC.num;i++)
    205         {
    206             for(int j=0;j<4;j++)
    207             {
    208                 if(!AC.val[i]&&!AC.val[AC.ch[i][j]])
    209                     an.e[i+1][AC.ch[i][j]+1]++;
    210             }
    211         }
    212         an=m_qpow(an,n);
    213         int re=0;
    214         for(int i=1;i<=AC.num;i++)
    215             re=(re+an.e[1][i])%MOD;
    216         printf("%d
    ",re);
    217     }
    218     return 0;
    219 }
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