hihoCoder hiho一下 第一周 #1032 : 最长回文子串 (Manacher)

题意:给一个字符串,求最长回文子串的长度。

思路:

(1)暴力穷举。O(n^3) -----绝对不行。

    穷举所有可能的出现子串O(n^2),再判断是否回文O(n)。就是O(n*n*n)了。

(2)记录位置。O(n^3) -----绝对不行。

    先扫一遍,记录每个字符在上一次出现的位置pos。每次考虑第i个字符,如果回文子串包括 i 的话,那么肯定在i的前面有一个跟第i个字符是一样的,利用之前记录的位置pos[i]可以找到与第i个相同的字符,如果i-pos[i]比之前发现的最长的子串max还短,那么不用比较了。如果更前面还有和第i个字符一样的,那么可以找到第pos[pos[i]]个,一定要找到区间比max还大的,才有比较的意义,除非前面已经没有相同字符的了。那么略过第i个,直奔下一个。记录位置需要O(n),考虑每个字符需要O(n),对其前面出现过的每个字符考虑O(n),一旦考虑就需要比较是否回文O(n),总的来说,后面3个是乘的关系O(n^3)。

 #include <iostream>
#include <cstring>
#include <vector>
#include <stdio.h> using namespace std;
const int N=; char str[N];
char has[];
char pos[N]; bool isP(int j,int i)
{
while( j!=i && j!=--i)
{
if( str[j]!=str[i] )
return false;
j++;
}
return true;
} int fin_ex(int max, int i)
{
int j=pos[i];
while( i-j<=max && j>- ) //找到一个区间范围大于max的,开始算
j=pos[j];
return j;
} int cal(int len)
{
int max=, j;
for(int i=; i<len; i++)
{
j=fin_ex(max, i); //找相同的,且大于max的
while( j!=- && i-j>max ) //有相同
{
if(isP(j,i+)==true)
max=i-j+;
else
j=fin_ex(max, j); //不是回文,继续找
}
}
return max;
} int main()
{
//freopen("input.txt", "r", stdin);
int t;
cin>>t;
getchar();
while(t--)
{
gets(str);
int len=strlen(str);
for(int i=; i<; i++) has[i]=-; //初始化
for(int i=; i<len; i++) //记录上一次出现的位置
{
pos[i]=has[str[i]];
has[str[i]]=i;
} cout<<cal(len)<<endl;
}
return ;
}

TLE代码

(3)动态规划。时间O(n^2),空间O(n^2)----这空间已经不行了。

    不考虑了,这空间接受不了。

(4)中心扩展。时间O(n^2),空间O(0)。-----这时间已经不行了。

      扫一遍每个字符需要O(n),对每个字符进行回文判断需要O(n)。总的就O(n^2)。

 #include <iostream>
#include <cstring>
#include <vector>
#include <stdio.h> using namespace std;
const int N=;
int len;
char str[N]; int isP(int i) //以i为中点的最长回文串的长度
{
int max1=;
//奇数
int tmp=max(i,len-i-); for(int j=; j<=tmp; j++)
{
if( str[i-j]==str[i+j] )
max1+=;
else
break;
} //偶数
int max2=;
tmp =max(i+, len-i-);
for(int j=; j<tmp; j++)
{
if( str[i-j]==str[i+j+] )
max2+=;
else
break;
}
return max1>max2? max1:max2;
} int cal()
{
int max=, tmp;
for(int i=; i<len-; i++) //考虑以i为中心的回文串
{
if( (tmp=isP(i))>max )
max=tmp;
}
return max; } int main()
{
//freopen("input.txt", "r", stdin);
int t;
cin>>t;
while(t--)
{
scanf("%s",str);
len=strlen(str);
if(len==){cout<<""<<endl;continue;}
cout<<cal()<<endl;
}
return ;
}

TLE代码

(5)Manacher算法。时间O(n),空间O(n)。------完全OK!

    主要目的就是要减少计算量,在”中心扩展“法的基础上,节省更多的计算量。下面介绍这种处理方法。

步骤:

  1)首先要插入一些奇怪的字符。作用是,使得每种可能出现的子串的长度变成永远是奇数。如 abba 变成 #a#b#b#a#。假设串长为n,那么其实是加入了n+1个#号,使得串长总是2*n+1,这样就必定是奇数了。而且在用”中心扩展“法时仍然是奇数,考虑奇数子串#b#,偶数子串b#b,如果中间是#号,那么计算的就是偶数的子串了。置s[0]=‘¥’,随便一个特殊的字符,可以省去计算时的判断的左边界,比对到这个¥特殊符号,肯定没有任何一个是跟他匹配的,最长匹配过程自动就被终止了。而右边界有'\0',自然也没有任何符号会跟他匹配。

  2)接着需要记录下每个字符的关于最长子串的一些“信息”,不是长度,而是一个可以计算出长度的数字,其实是(纯长度+1),为什么要这么做?这其实是个边界。即下面提到的mx,在i到mx之间的字符都可以节省一些计算量。

  (mx的对称点,id)和(id,mx)是对称的,即是回文的。能使得mx越靠右的字符位置就作为id,所以得及时凭借mx大小来更新id和mx。在(id,mx)中任意一个位置i都会和id左边对称的位置j有着一样的字符,那么以 i为中心的最小回文就跟以 j为中心的最大回文有关了,这也是减少计算量的突破口。假设用P[i]记录以位置i为中心的最长回文串的长度信息的话,有下面两种情况:

  (1)以j为中心的最长回文串是(mx的对称点,id)里面的某一部分,则j-P[j]不会超过左边”mx的对称点“ 。那么这在P[id]管辖的范围内,有左右对称的原理,所以P[i]至少为P[j]吧,但是可能会更大,因为左边的是比较过的才求出P[j],这P[i]还没比较过,所以长度可以从P[j]开始比对了。这样就节省了这P[j]次比较了。

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  (2)P[j]超过了左边”mx的对称点“ 。超过了id的管辖范围了,多出的部分保证不了左右对称的原理了,但是在id管辖范围内的肯定是符合对称原理的,那么至少也可以减少一些计算量呐,减多少呢?就是”id管辖范围内“那个P[j]的长度了,做一些计算就可以得到这个长度是多少,但是肯定是小于P[j]的。

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注:那如果i逐渐扫到mx之外了怎么办,i肯定找不到再关于id对称的j了。那就老老实实比较吧,继续用中心扩展。

 #include <iostream>
#include <cstring>
#include <vector>
#include <stdio.h>
using namespace std;
const int N=;
int len; //原串长
char str[N]; //接收原来的串
char s[N*]; //做了插入处理的结果串
int P[N*]; //保存关于长度的信息(回文长度的一半再加1)
int cal()
{
int id=, mx=, max1=;
P[]=;
P[]=;
for(int i=; s[i]!='\0'; i++) //考虑以i为中心的回文串
{
P[i] =i>mx? : min( P[*id-i],mx-i);
while(s[i+P[i]]==s[i-P[i]]) //在这比对
P[i]++;
if(i+P[i]>mx) //更新id和mx的位置
{
id=i;
mx=i+P[i];
}
if(P[i]->max1) //更新最大值
max1=P[i]-;
}
return max1;
} int main()
{
freopen("input.txt", "r", stdin);
int t;
cin>>t;
while(t--)
{
scanf("%s",str);
len=strlen(str);
memset(s,,sizeof(s));
memset(P,,sizeof(P)); //插入符号#
s[]='$';
s[]='#';
int i=, j=;
for(; i<len; i++)
{
s[j++]=str[i];
s[j++]='#';
}
cout<<cal()<<endl;
}
return ;
}

AC代码

用String实现了一发:

 #include <bits/stdc++.h>
#define INF 0x7f7f7f7f
#define pii pair<int,int>
#define LL unsigned long long
using namespace std;
const int N=; int Manacher(string &str, int len)
{
//插上辅助字符#
string tmp(len*+,'#');
tmp[]='$';
for(int i=; i<str.size(); i++) tmp[i*+]=str[i]; int ans=;
int mx=, id=;
vector<int> P(*len+,); for(int i=; i<tmp.size(); i++)
{
P[i]=( i>=mx? : min( P[*id-i], mx-i ));
while( tmp[i-P[i]]==tmp[i+P[i]] ) P[i]++; //匹配了就继续扩大P[i] if(mx<=i+P[i])//重要:更新位置
{
mx=i+P[i];
id=i;
}
ans=max(ans, P[i]-); //这就是长度了,不信动手画。
}
return ans;
} int main()
{
freopen("input.txt", "r", stdin);
int t;
string str;
cin>>t;
while(t--)
{
cin>>str;
cout<<Manacher(str, str.size())<<endl;;
}
return ;
}

AC代码

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