马拉车算法
问题:求一个给定字符串的最长回文子串。
1. 原理
原理
- manacher算法专门用于解决给定字符串的最长回文子串。
- 首先马拉车算法只能求解长度为奇数的最长回文子串,因此需要将原串变化为新串,变换规则如下:在原串的首尾分别加上
和$#
,然后相邻的两个字母之间加上#^
,如下图:#
![](https://img.laitimes.com/img/9ZDMuAjOiMmIsIjOiQnIsIiclRnblN2XjlGcjYTMfhHLlN3XnxCM38FdsYkRGZkRG9lcvx2bjxyMx8VZ6l2csMnVXp1R5ckVsp1Mi1UOHZVQClGVF5UMR9Fd4VGdsATNfd3bkFGazxycykFaKdkYzZUbapXNXlleSdVY2pESa9VZwlHdssmch1mclRXY39CXldWYtlWPzNXZj9mcw1ycz9WL49zZuBnL5U2Y5MzN4MmNmVmN0UTOhNTNmRzM1IDZlVTZlhTY2gzLc52YucWbp5GZzNmLn9Gbi1yZtl2Lc9CX6MHc0RHaiojIsJye.png)
- 原串为
,新串为a
,可以发现新串所有的回文串都是奇数长度的,假设在新串中以b
为中心的最长回文串的长度为b[i]
,则在原串中对应的回文串长度为len
。len-1
- 因此我们只需要求出新串所有回文串的半径,找到值最大的一个,减去一就得到最长回文串的长度。现在问题变为了如何求解以
为中心的回文串的半径。b[i]
- 用数组
表示回文串的半径,例如:p
: 以p[i]
为中心的回文串的半径。b[i]
- 假设当前得到的最靠右的回文串的中心是
,右侧边界位置为mid
,现在分为两种情况讨论:mr-1
(1)如果当前考虑的中心坐标
i
在
(mid, mr)
之间,则
p[i]
至少为
min(p[mid * 2 - i], mr - i)
,原因如下:
另外
i
一定是大于
mid
,这是因为我们从左向右遍历
i
,每次会用
i
更新
mid
。
(2)否则
i>=mr
,此时以
b[i]
为中心的回文串长度
p[i]=1
即可。
- 之后更新以
为中心的回文串长度,并更新b[i]
和mr
。mid
- 此做法的时间复杂度是 O ( n ) O(n) O(n)的。虽然代码中有两重循环,但是内层循环最多执行
次。n
2. 例题
AcWing 3188. manacher算法
问题描述
- 问题链接:AcWing 3188. manacher算法
马拉车算法马拉车算法
分析
- 使用马拉车算法求解出长度即可。
代码
- C++
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
const int N = 2e7 + 10;
int n;
char a[N], b[N]; // a: 原串 b: 转化后的字符串
int p[N]; // p[i]: 以b[i]为中心的回文串的半径
void init() { // 假设原串为aka, 新串为 $#a#k#a#^
int k = 0;
b[k++] = '$', b[k++] = '#';
for (int i = 0; i < n; i++) b[k++] = a[i], b[k++] = '#';
b[k++] = '^';
n = k;
}
void manacher() {
int mr = 0, mid; // 当前得到的最靠右的回文串为 b(2*mid-mr ~ mr)
for (int i = 1; i < n; i++) {
if (i < mr) p[i] = min(p[mid * 2 - i], mr - i);
else p[i] = 1;
while (b[i - p[i]] == b[i + p[i]]) p[i]++;
if (i + p[i] > mr) {
mr = i + p[i];
mid = i;
}
}
}
int main() {
scanf("%s", a);
n = strlen(a);
init();
manacher();
int res = 0, start = 0; // start: 回文串起始位置
for (int i = 0; i < n; i++) res = max(res, p[i]);
printf("%d\n", res - 1);
return 0;
}
Leetcode 0005 最长回文子串
问题描述
- 问题链接:Leetcode 0005 最长回文子串
马拉车算法马拉车算法
分析
- 本题需要求解这个最长回文子串,如果在新串中
取得了最大值,则最长回文子串的长度为p[i]
。len=p[i]-1
- 最长回文子串在原串中的起始位置为
。i / 2 - 1 - (len - 1) / 2
代码
- C++
class Solution {
public:
string longestPalindrome(string s) {
string t = "$#";
for (auto c : s) t += c, t += '#';
t += '^';
// manacher
int n = t.size();
vector<int> p(n + 10, 0);
int mr = 0, mid;
for (int i = 1; i < n; i++) {
if (i < mr) p[i] = min(p[mid * 2 - i], mr - i);
else p[i] = 1;
while (t[i - p[i]] == t[i + p[i]]) p[i]++;
if (i + p[i] > mr) {
mr = i + p[i];
mid = i;
}
}
// 求解最长回文子串起始位置和长度
int len = 0, start = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) {
p[i]--;
if (p[i] > len) {
len = p[i];
start = i / 2 - 1 - (len - 1) / 2;
}
}
return s.substr(start, len);
}
};