单字符串问题?后缀数组来啦!

前两期,我们重点介绍了后缀数组中sa、rank、height数组的求法。这些数组都具有优秀的性质,我来向大家介绍几种后缀数组在解决单字符串问题上的经典应用。

最长重复子串(可重叠)

Problem:若字符串A在字符串B中出现两次及以上,则称A为B的重复子串。给定字符串S,求S中出现位置可重叠的最长重复子串的长度。

Solution:回想height数组的定义,发现可重叠最长重复子串的长度就是height数组中的最大值。因为height数组表示排名相邻的后缀的最长公共前缀。显然,公共前缀一定是出现了两次以上的,所以最大的公共前缀的长度就是最长可重叠重复子串的长度。

最长重复子串(不可重叠)

Problem:问题描述与上题基本相同,但是要求重复子串的出现位置不可重叠。

Solution:考虑二分答案,把求值的问题变成判断是非的问题。假设二分得到k,我们按照sa数组的顺序把height大于等于k的后缀分成一组,如下图。

分组过后,我们发现每一组的任意两个后缀的最长公共前缀都是大于等于k的。这时,我们只要判断是否存在一组后缀,该组后缀里sa的最小值和最大值的差大于等于k就行了(sa存的是后缀的位置,两个相差大于等于k意味着公共前缀至少有k个字符不重叠)。

最长重复子串(可重叠,需重复k次)

Problem:这个问题依然和上述问题类似,但是要求重复子串的出现次数要大于等于k次。

Solution:问题一的方法在这个问题上显然是行不通的。我们仍然考虑二分答案并分组。这次每一组要判断的是否存在一组后缀,在该组后缀中后缀个数是否大于等于k即可。

不同子串的个数

Problem:求一个字符串中有多少个不同的子串。

Solution:假设我们已经统计出了前k个后缀有几个不同的子串,考虑新加一个后缀,这个后缀一共会产生n-sa[k+1]+1个新的子串(这里要求新的子串必须是该后缀的前缀,这样保证了每一个后缀产生的子串覆盖了原字符串的所有子串)。这些新产生的子串中,有n-sa[k+1]+1-height[k+1]个子串是不同的(去掉与其他字符串的公共前缀)。那么,不同子串的个数就很容易统计了。

重复次数最多的连续重复子串

Problem:求给定字符串的重复次数最多的连续重复子串。连续重复子串的定义是:若一个串S由T重复若干次得到,则称T为S的一个连续重复子串。

Solution:考虑枚举连续重复子串的长度为L。由抽屉原理我们知道,连续重复子串一定包含了S[0],S[L],S[2L]……中的相邻两个。我们可以用后缀数组求解S[iL],S[(i+1)*L]的往后能匹配多远(即最长公共前缀),往前能匹配多远(即把整个字符串反过来的“最长公共前缀”)。设总长度为K,类似于KMP求循环节的思想,则该连续重复子串的重复次数为K/L+1。

写在最后

对于单字符串问题,后缀数组还能做到KMP,Manacher等算法所能做到的事,如求回文串长度、最小循环节长度等,这里就不在赘述了,读者可以自行思考。
下期,我将为大家带来后缀数组在多字符串问题中的应用。

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