这个马拉车算法Manacher‘s Algorithm是用来查找一个字符串的最长回文子串的线性方法,由一个叫Manacher的人在1975年发明的,这个方法的最大贡献是在于将时间复杂度提升到了线性,这是非常了不起的。对于回文串想必大家都不陌生,就是正读反读都一样的字符串,比如 "bob", "level", "noon" 等等,那么如何在一个字符串中找出最长回文子串呢,可以以每一个字符为中心,向两边寻找回文子串,在遍历完整个数组后,就可以找到最长的回文子串。但是这个方法的时间复杂度为O(n*n),并不是很高效,下面我们来看时间复杂度为O(n)的马拉车算法。

由于回文串的长度可奇可偶,比如"bob"是奇数形式的回文,"noon"就是偶数形式的回文,马拉车算法的第一步是预处理,做法是在每一个字符的左右都加上一个特殊字符,比如加上'#',那么

bob    -->    #b#o#b#

noon    -->    #n#o#o#n#

这样做的好处是不论原字符串是奇数还是偶数个,处理之后得到的字符串的个数都是奇数个,这样就不用分情况讨论了,而可以一起搞定。接下来我们还需要和处理后的字符串t等长的数组p,其中p[i]表示以t[i]字符为中心的回文子串的半径,若p[i] = 1,则该回文子串就是t[i]本身,那么我们来看一个简单的例子:

# 1 # 2 # 2 # 1 # 2 # 2 #
1 2 1 2 5 2 1 6 1 2 3 2 1

由于第一个和最后一个字符都是#号,且也需要搜索回文,为了防止越界,我们还需要在首尾再加上非#号字符,实际操作时我们只需给开头加上个非#号字符,结尾不用加的原因是字符串的结尾标识为'\0',等于默认加过了。通过p数组我们就可以找到其最大值和其位置,就能确定最长回文子串了,那么下面我们就来看如何求p数组,需要新增两个辅助变量mx和id,其中id为最大回文子串中心的位置,mx表示其半径,这个算法的最核心的一行如下:

p[i] = mx > i ? min(p[ * id - i], mx - i) : ;

可以这么说,这行要是理解了,那么马拉车算法基本上就没啥问题了,那么这一行代码拆开来看就是

如果mx > i, 则 p[i] = min(p[2 * id - i], mx - i)

否则, p[i] = 1

当 mx - i > P[j] 的时候,以S[j]为中心的回文子串包含在以S[id]为中心的回文子串中,由于 i 和 j 对称,以S[i]为中心的回文子串必然包含在以S[id]为中心的回文子串中,所以必有 P[i] = P[j],见下图。

当 P[j] >= mx - i 的时候,以S[j]为中心的回文子串不一定完全包含于以S[id]为中心的回文子串中,但是基于对称性可知,下图中两个绿框所包围的部分是相同的,也就是说以S[i]为中心的回文子串,其向右至少会扩张到mx的位置,也就是说 P[i] >= mx - i。至于mx之后的部分是否对称,就只能老老实实去匹配了。

对于 mx <= i 的情况,无法对 P[i]做更多的假设,只能P[i] = 1,然后再去匹配了。

参见如下实现代码:

#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

string Manacher(string s) {
    // Insert '#'
    string t = "$#";
    ; i < s.size(); ++i) {
        t += s[i];
        t += "#";
    }
    // Process t
    vector<);
    , id = , resLen = , resCenter = ;
    ; i < t.size(); ++i) {
        p[i] = mx > i ? min(p[ * id - i], mx - i) : ;
        while (t[i + p[i]] == t[i - p[i]]) ++p[i];
        if (mx < i + p[i]) {
            mx = i + p[i];
            id = i;
        }
        if (resLen < p[i]) {
            resLen = p[i];
            resCenter = i;
        }
    }
    , resLen - );
}

int main() {
    ";
    cout << Manacher(s1) << endl;
    ";
    cout << Manacher(s2) << endl;
    string s = "waabwswfd";
    cout << Manacher(s) << endl;
}

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