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行 1: | 行 1: | ||
- | ====== AC自动机 ====== | + | **格式**: |
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+ | - 需要注意单词/公式两边与汉字相邻时要有空格(这个我改了一部分) | ||
+ | - 如 u,v 之类的结点应当使用数学公式 | ||
+ | - 题面中存在大量公式书写不规范,已修改,请对照原版检查,以后的 wiki 参照编写 | ||
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+ | **内容**: | ||
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+ | - 部分内容描述不太清晰,我已经修改过了。 | ||
+ | - 例题 6 中矩阵 E 未定义 | ||
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+ | ====== AC 自动机 ====== | ||
===== 一、基础知识 ===== | ===== 一、基础知识 ===== | ||
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==== 2. fail 树的构建 ==== | ==== 2. fail 树的构建 ==== | ||
- | 设结点u的 fail 指针指向节点v,它表示v所代表的字符串是u代表的字符串的**最长后缀**。我们按照 trie 树的 bfs 序求 fail 指针: | + | 设结点u的 fail 指针指向节点v,它表示v所代表的字符串是u代表的字符串的**最长后缀**。我们按照 trie 树的 bfs 序求 fail 指针。考虑字典树中当前的节点u,u的父节点是p,p通过字符c的边指向u。由于按照 bfs 序求解,深度小于u的所有节点的 fail 指针都已求得。考虑 $fail[p]$: |
- | + | * 如果结点 $fail[p]$ 通过字符 c 连接到的子结点 w 存在,那么令 $fail[u]=w$,使用反证法容易证明 $fail[p]+c$ 满足要求。 | |
- | * 考虑字典树中当前的节点u,u的父节点是p,p通过字符c的边指向u。由于按照 bfs 序求解,深度小于u的所有节点的 fail 指针都已求得。我们跳转到p的 fail 指针指向的结点 $fail[p]$ | + | * 否则,找到 $fail[fail[p]]$ 指向的结点,重复上述判断过程,一直跳 fail 直到根节点。若仍不存在,令 $fail[u]=$根节点。 |
- | * 如果结点 $fail[p]$ 通过字母 c连接到的子结点 w存在: | + | |
- | * 则让u的fail指针指向这个结点 w ( $fail[u]=w$ )。 | + | |
- | * 相当于在 p和 $fail[p] $后面加一个字符 c ,就构成了$fail[u]$。 | + | |
- | * 如果不存在 | + | |
- | * 那么我们继续找到 $fail[fail[p]]$指针指向的结点,重复上述判断过程,一直跳 fail 指针直到根节点。 | + | |
- | * 如果真的没有,就令 $fail[u]$= 根节点。 | + | |
===== 二、模板 ===== | ===== 二、模板 ===== | ||
行 104: | 行 109: | ||
===== 三、例题与技巧 ===== | ===== 三、例题与技巧 ===== | ||
- | ==== 1.病毒[POI2000] ==== | + | ==== 1. [POI2000]病毒 ==== |
**题意**:给出多个01串,判断是否存在一个无限长的01串,使得给出的01串都不是它的子串。 | **题意**:给出多个01串,判断是否存在一个无限长的01串,使得给出的01串都不是它的子串。 | ||
- | **分析与题解**:利用给定的01串构造自动机,显然,只要判断是否存在一个01串能够在这个自动机上无限跑下去。即能否在这个**fail图**上找到一个环,使得0节点在这个环上,并且环上无“危险节点”(即给出的01串的末尾节点)。注意这个危险节点,如果一个点通过fail边直接或者间接的指向一个危险节点,那么它也是个危险节点(利用fail的性质:一个节点A的fail指针指向的节点B,实际上B所代表的字符串是A代表的字符串的**最长后缀**)。 | + | **分析与题解**:利用给定的01串构造自动机,显然,只要判断是否存在一个01串能够在这个自动机上无限跑下去。即能否在这个**fail 图**上找到一个环,使得0节点在这个环上,并且环上无“危险节点”(即给出的01串的末尾节点)。注意这个危险节点,如果一个点通过 fail 边直接或者间接的指向一个危险节点,那么它也是个危险节点(利用 fail 的性质:一个节点A的 fail 指针指向的节点B,实际上B所代表的字符串是A代表的字符串的**最长后缀**)。 |
- | 在建图建fail边的时候,更新节点的危险属性,即如果$fail[i]$危险,那么$i$也危险。随后dfs找环即可。 | + | 在建图建 fail 边的时候,更新节点的危险属性,即如果 $fail[i]$ 危险,那么 $i$ 也危险。随后 dfs 找环即可。 |
==== 2. AC自动机+树上差分 ==== | ==== 2. AC自动机+树上差分 ==== | ||
- | 在进行多模式串匹配的时候,一般情况下可以暴力跳fail边,但是这样做在一些题目中会被卡掉,此时记录自动机上的每个状态被匹配了几次,最后求出每个模式串在 Trie 上的终止节点在 fail 树上的子树总匹配次数可以优化。详情见 [[https://www.luogu.com.cn/problem/P5357|【模板】AC自动机(二次加强版)]]. | + | 在进行多模式串匹配的时候,一般情况下可以暴力跳 fail 边,但是这样做在一些题目中会被卡掉,此时记录自动机上的每个状态被匹配了几次,最后求出每个模式串在 Trie 上的终止节点在 fail 树上的子树总匹配次数可以优化。详情见 [[https://www.luogu.com.cn/problem/P5357|【模板】AC自动机(二次加强版)]]. |
- | ==== 3.阿狸的打字机 (fail树) ==== | + | ==== 3. 阿狸的打字机(fail树) ==== |
- | **题意**:给出总长度数量级约为''%%1e5%%''的多个字符串,''%%1e5%%''次询问,每次询问''%%(x,y)%%'':返回第x个字符串在第y个字符串里出现的次数。 | + | **题意**:给出总长度数量级为 $10^{5}$ 的多个字符串,$10^{5}$ 次询问,每次询问 $(x,y)$:返回第 $x$ 个字符串在第 $y$ 个字符串里出现的次数。 |
- | **分析与题解**:利用fail的性质:一个节点A的fail指针指向的节点B,实际上B所代表的字符串是A代表的字符串的**最长后缀**,所以如果某个节点A,其fail指针直接或者间接(多次跳fail)的指向B的结束节点,则显然字符串B是A所代表字符串的后缀,则B为A的子串。所以,这里**将fail边反向**,所有fail边就变成了**fail树**(每个fail边最终都会走到节点0,且每个fail边(正向)只会指向深度小于本身的点,所以构成树结构),于是只要检查B节点的子树中,有多少属于A节点,即可得出B在A中出现过多少次。 | + | **分析与题解**:利用 fail 的性质:一个节点A的 fail 指针指向的节点B,实际上B所代表的字符串是A代表的字符串的**最长后缀**,所以如果某个节点A,其 fail 指针直接或者间接(多次跳 fail)的指向B的结束节点,则显然字符串B是A所代表字符串的后缀,则B为A的子串。所以,这里**将 fail 边反向**,所有 fail 边就变成了**fail 树**(每个 fail 边最终都会走到节点0,且每个 fail 边(正向)只会指向深度小于本身的点,所以构成树结构),于是只要检查B节点的子树中,有多少属于A节点,即可得出B在A中出现过多少次。 |
- | 于是,一个字符串问题被我们变成了**子树查询问题**,利用树的dfs序,这个问题就变成了简单的单点插入区间求和,这里有个小问题就是此时要离线计算,保证每一个字符串只插入一次,否则多次插入相同的字符串导致tle。 | + | 于是,一个字符串问题被我们变成了**子树查询问题**,利用树的 dfs 序,这个问题就变成了简单的单点插入区间求和,这里有个小问题就是此时要离线计算,保证每一个字符串只插入一次,否则多次插入相同的字符串导致 tle。 |
- | ==== 4.[JSOI2007]文本生成器 (dp) ==== | + | ==== 4. [JSOI2007]文本生成器(dp) ==== |
- | **题意**:给定N个**$(N \le 60)$**由大写字母组成的单词(每个单词长度小于100),并给出一个长度**$M (\le 100)$**,求出有多少个长度为M的字符串,至少包含一个单词。 | + | **题意**:给定 $N(N \le 60)$ 个由大写字母组成的单词(每个单词长度小于 $100$),并给出一个长度 $M(M \le 100)$,求出有多少个长度为 $M$ 的字符串,至少包含一个单词。 |
- | **分析**:求方案数,想到dp,至少包含,可以先求出不符合要求的字符串,最后用总方案数减去不可行的方案数。 | + | **分析与题解**:求方案数,想到dp,至少包含,可以先求出不符合要求的字符串,最后用总方案数减去不可行的方案数。 |
- | 此时题目转化为,有多少长度为M的字符串不包含所有给定的单词,看起来是不是和病毒那题很像?但这题不再是无限长,而且要求求出方案数,考虑一个十分套路的dp | + | 此时题目转化为,有多少长度为 $M$ 的字符串不包含所有给定的单词,看起来是不是和病毒那题很像?但这题不再是无限长,而且要求求出方案数,考虑一个十分套路的dp: |
- | $dp[i,j] - > dp[i+1,trie[j].ch[k]]$ | + | $dp[i,j]\to dp[i+1,trie[j].ch[k]]$ |
- | 代表当前长度为$i$时,已经匹配到$j$节点的方案数。主要判断危险节点,要绕开(关于危险节点,见 1.[POI2000]病毒) | + | 代表当前长度为 $i$ 时,已经匹配到 $j$ 节点的方案数。主要判断危险节点,要绕开(关于危险节点,见 1.[POI2000]病毒) |
- | 再次注意,这个dp方程看似与fail边无关,但是我们在建立fail图的过程中,对于trie树中添加了许多不存在的边,构成了fail图,所以我们在图上跑dp实际上已经在跳fail了,**fail数组只是在匹配后缀,实际上trie图也是由fail数组构造的.** | + | 再次注意,这个dp方程看似与 fail 边无关,但是我们在建立 fail 图的过程中,对于 trie 树中添加了许多不存在的边,构成了 fail 图,所以我们在图上跑dp实际上已经在跳 fail 了,**fail 数组只是在匹配后缀,实际上 trie 图也是由 fail 数组构造的.** |
这类dp经常与矩阵快速幂结合,见下题。 | 这类dp经常与矩阵快速幂结合,见下题。 | ||
- | ==== 5.POJ2778(矩阵快速幂) ==== | + | ==== 5. POJ2778(矩阵快速幂) ==== |
- | **题意**:给定m个长度不超过10 的由ATCG组成的字母串,求出长度为n的不包含这些给定字母串的字符串。**$(m \le 10,n \le 2e9)$** | + | **题意**:给定 $m$ 个长度不超过 $10$ 的由 ''ATCG'' 组成的字符串,求出长度为 $n$ 的不包含这些给定字符串的串数量。其中 $m \le 10,n \le 2\times10^{9}$。 |
**分析**:是不是看起来和上一题差不多?是不是想用dp?看看数据范围,清醒了吗?正常的dp显然不现实。 | **分析**:是不是看起来和上一题差不多?是不是想用dp?看看数据范围,清醒了吗?正常的dp显然不现实。 | ||
- | 现在我们换一个角度,从**图**的角度来看这个问题,**fail图**. | + | 现在我们换一个角度,从**图**的角度来看这个问题,**fail 图**。 |
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+ | 我们再来看看上一题写出的状态转移方程,实质上等价于从根节点开始转移,转移 $i$ 次,并且保证不经过危险节点的方案数。再看看数据范围,模式串的长度个数与构成字母都很少,但 $n$ 却很大,那么我们将 fail 图去掉危险节点,是不是我们只要求根节点走 $n$ 步到达 $j$ 节点的方案数就可以了?好了,这题的 trie 图实际上特别小,将 trie 图用邻接矩阵储存,这题就变成了**矩阵快速幂**;求出 $A^n$,最后的答案就是 $\sum {A^n[0,i]}$。 | ||
- | 我们再来看看上一题写出的状态转移方程,实质上等价于从根节点开始转移,转移$i$次,并且保证不经过危险节点的方案数。再看看数据范围,模式串的长度个数与构成字母都很少,但n却很大,那么我们将fail图去掉危险节点,是不是我们只要求根节点走$n$步到达$j$节点的方案数就可以了?好了,这题的trie图实际上特别小,将trie图用邻接矩阵储存,这题就变成了**矩阵快速幂**;求出$A^n$,最后的答案就是$\sum {A^n[0,i]}$. | + | ==== 6. HDU2243(矩阵快速幂) ==== |
- | ==== 6.HDU2243(矩阵快速幂) ==== | + | **题意**:给定 $m$ 个长度不超过 $5$ 的字符串,求出长度**不超过** $n$ 的至少包含一个给定字符串的串数量。其中 $m \le 6,n<2^{31}$。 |
- | **题意**:给定m个长度不超过5 的字母串,求出长度**不超过**n的至少包含一个这些给定字母串的字符串。**$(m \le 6,n<2^{31})$** | + | **题解**:$\text{ans}=S_n-T_n$。 |
- | **题解**:$ans=S_n-T_n$ | + | 和上一题很像,但是却要求和,于是我们改造一下矩阵: |
- | 和上一题很像,但是却要求和,于是我们改造一下矩阵 $$ | + | $$ |
- | \begin{bmatrix} A & E \\ 0 & E \end{bmatrix} \times \begin{bmatrix} T_n \\ A \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} T_{n+1} \\ A \end{bmatrix} | + | \begin{pmatrix} A & E \\ 0 & E \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} T_n \\ A \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} T_{n+1} \\ A \end{pmatrix} |
- | $$ A为trie图的邻接矩阵 | + | $$ |
- | ==== 7.HDU2825(状压dp) ==== | + | 其中A为 trie 图的邻接矩阵。 |
- | **题意**:求长度为n,**包含至少k个**模式串的字符串数量。 | + | ==== 7. HDU2825(状压dp) ==== |
- | **题解**:好了,现在变成了至少k个,而不是至少一个,我们上面惯用的取反手段失效了。老老实实正面硬刚:子集问题,考虑**状压dp** | + | **题意**:求长度为 $n$,**包含至少 $k$ 个**模式串的字符串数量。 |
- | $$dp[i + 1][trie[j][x]][K | num[trie[j][x]]] += dp[i][j][K];$$ | + | **题解**:好了,现在变成了至少 $k$ 个,而不是至少一个,我们上面惯用的取反手段失效了。老老实实正面硬刚:子集问题,考虑**状压dp**: |
+ | $$dp[i + 1][trie[j][x]][K\lor num[trie[j][x]]] += dp[i][j][K];$$ | ||
- | $$dp[i][j][k] $$表示当前走到了字符串的第i位,位于trie的第j个节点上,此时已经匹配的模式串是k(子集状压) | + | $dp[i][j][k]$ 表示当前走到了字符串的第 $i$ 位,位于 trie 的第 $j$ 个节点上,此时已经匹配的模式串是 $k$(子集状压)。 |
可以看出这个实际上就是之前最简单的那个dp上加了一维信息,维护子集而已。 | 可以看出这个实际上就是之前最简单的那个dp上加了一维信息,维护子集而已。 |