第一次写AC自动机,发现也不是太难理解,可能自己以前看过KMP&Trie而且理解的比较透彻吧,看自动机没有太大的困难,因为它也是利用了KMP的思想,理解了KMP,再看自动机就不难了:)
转一下这个blog的描述先,感觉看起来比较好理解,可是他的代码就不敢恭维。。。http://www.cppblog.com/mythit/archive/2011/10/21/80633.html(有改动)
补充一句:自动机的复杂度是O(m+n+z),其中z为主串中模式串的总个数,适合多模式串匹配。
AC自动机算法详解
首先简要介绍一下AC自动机:Aho-Corasick automation,该算法在1975年产生于贝尔实验室,是著名的多模匹配算法之一。一个常见的例子就是给出n个单词,再给出一段包含m个字符的文章,让你找出有多少个单词在文章里出现过。要搞懂AC自动机,先得有模式树(字典树)Trie和KMP模式匹配算法的基础知识。AC自动机算法分为3步:构造一棵Trie树,构造失败指针和模式匹配过程。如果你对KMP算法和了解的话,应该知道KMP算法中的next函数(shift函数或者fail函数)是干什么用的。KMP中我们用两个指针i和j分别表示,A[i-j+ 1..i]与B[1..j]完全相等。也就是说,i是不断增加的,随着i的增加j相应地变化,且j满足以A[i]结尾的长度为j的字符串正好匹配B串的前 j个字符,当A[i+1]≠B[j+1],KMP的策略是调整j的位置(减小j值)使得A[i-j+1..i]与B[1..j]保持匹配且新的B[j+1]恰好与A[i+1]匹配,而next函数恰恰记录了这个j应该调整到的位置。同样AC自动机的失败指针具有同样的功能,也就是说当我们的模式串在Tire上进行匹配时,如果与当前节点的关键字不能继续匹配的时候,就应该去当前节点的失败指针所指向的节点继续进行匹配。
看下面这个例子:给定5个单词:say she shr he her,然后给定一个字符串yasherhs。问一共有多少单词在这个字符串中出现过。我们先规定一下AC自动机所需要的一些数据结构,方便接下去的编程。
const int kind = 26;
struct node {
node *fail;//失败指针
node *next[kind];//Trie每个节点的子节点(最多26个子母)
int cnt;//是否为该单词的最后一个节点
node () {//构造函数初始化
fail = NULL;
cnt = 0;
memset(next,NULL,sizeof(next));
};
};
char str[55];//输入的单词
char ss[M];//输入的主串
queue<node*> qq;//队列构造失败指针
有了这些数据结构之后,就可以开始编程了:
首先,将这5个单词构造成一棵Trie,如图-1所示。

//建Trie树
void BuildTree (node *root) {
node *p = root;
int i = 0,id;
while (str[i]) {
id = str[i] - 'a';
if (p->next[id] == NULL) {
p->next[id] = new node();
}
p = p->next[id];
i++;
}
(p->cnt)++;
}
在构造完这棵Trie之后,接下去的工作就是构造下失败指针。构造失败指针的过程概括起来就一句话:设这个节点上的字母为C,沿着他父亲的失败指针走,直到走到一个节点,他的儿子中也有字母为C的节点。然后把当前节点的失败指针指向那个字母也为C的儿子。如果一直走到了root都没找到,那就把失败指针指向root。具体操作起来只需要:先把root加入队列(root的失败指针指向自己或者NULL),这以后我们每处理一个点,就把它的所有儿子加入队列,队列为空。
//bfs求失败指针
void bfs(node *root) {
while (!qq.empty()) qq.pop();
int i;
root->fail = NULL;
qq.push(root);
node *tmp,*p;
while (!qq.empty()) {
tmp = qq.front();
qq.pop();
p = NULL;
for (i = 0; i < 26; i++) {
if (tmp->next[i] != NULL) {
p = tmp->fail;
while (p && !p->next[i]) {
p = p->fail;
}
if (!p) tmp->next[i]->fail = root;
else tmp->next[i]->fail = p->next[i];
qq.push(tmp->next[i]);
}
}
}
}
从代码观察下构造失败指针的流程:对照图-2来看,首先root的fail指针指向NULL,然后root入队,进入循环。第1次循环的时候,我们需要处理2个节点:root->next[‘h’-‘a’](节点h) 和 root->next[‘s’-‘a’](节点s)。把这2个节点的失败指针指向root,并且先后进入队列,失败指针的指向对应图-2中的(1),(2)两条虚线;第2次进入循环后,从队列中先弹出h,接下来p指向h节点的fail指针指向的节点,也就是root;进入第13行的循环后,p=p->fail也就是p=NULL,这时退出循环,并把节点e的fail指针指向root,对应图-2中的(3),然后节点e进入队列;第3次循环时,弹出的第一个节点a的操作与上一步操作的节点e相同,把a的fail指针指向root,对应图-2中的(4),并入队;第4次进入循环时,弹出节点h(图中左边那个),这时操作略有不同。在程序运行到14行时,由于p->next[i]!=NULL(root有h这个儿子节点,图中右边那个),这样便把左边那个h节点的失败指针指向右边那个root的儿子节点h,对应图-2中的(5),然后h入队。以此类推:在循环结束后,所有的失败指针就是图-2中的这种形式。

最后,我们便可以在AC自动机上查找模式串中出现过哪些单词了。匹配过程分两种情况:(1)当前字符匹配,表示从当前节点沿着树边有一条路径可以到达目标字符,此时只需沿该路径走向下一个节点继续匹配即可,目标字符串指针移向下个字符继续匹配;(2)当前字符不匹配,则去当前节点失败指针所指向的字符继续匹配,匹配过程随着指针指向root结束。重复这2个过程中的任意一个,直到模式串走到结尾为止。
//AC自动机主程序
int AC_run(node *root) {
int i = 0,ans = 0,id;
node *p = root;
while (ss[i]) {
id = ss[i] - 'a';
while (!p->next[id] && p != root) {
p = p->fail;
}
p = p->next[id];
if (!p) p = root;
node *tmp = p;
while (tmp != root && tmp->cnt != -1) {
ans += tmp->cnt;
tmp->cnt = -1;
tmp = tmp->fail;
}
i++;
}
return ans;
}
对照图-2,看一下模式匹配这个详细的流程,其中模式串为yasherhs。对于i=0,1。Trie中没有对应的路径,故不做任何操作;i=2,3,4时,指针p走到左下节点e。因为节点e的count信息为1,所以cnt+1,并且讲节点e的count值设置为-1,表示改单词已经出现过了,防止重复计数,最后temp指向e节点的失败指针所指向的节点继续查找,以此类推,最后temp指向root,退出while循环,这个过程中count增加了2。表示找到了2个单词she和he。当i=5时,程序进入第5行,p指向其失败指针的节点,也就是右边那个e节点,随后在第6行指向r节点,r节点的count值为1,从而count+1,循环直到temp指向root为止。最后i=6,7时,找不到任何匹配,匹配过程结束。
HDU 2222题可以作为AC自动机的模板题
贴上代码
#include <map>
#include <set>
#include <list>
#include <queue>
#include <deque>
#include <stack>
#include <string>
#include <time.h>
#include <cstdio>
#include <math.h>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <limits.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define LL long long
#define MIN INT_MIN
#define MAX INT_MAX
#define PI acos(-1.0)
#define FRE freopen("input.txt","r",stdin)
#define FF freopen("output.txt","w",stdout)
#define N 10005
#define M 1000005
const int kind = 26;
struct node {
node *fail;//失败指针
node *next[kind];//Trie每个节点的子节点(最多26个子母)
int cnt;//是否为该单词的最后一个节点
node () {//构造函数初始化
fail = NULL;
cnt = 0;
memset(next,NULL,sizeof(next));
};
};
char str[55];//输入的单词
char ss[M];//输入的模式串
queue<node*> qq;//队列构造失败指针
//建Trie树
void BuildTree (node *root) {
node *p = root;
int i = 0,id;
while (str[i]) {
id = str[i] - 'a';
if (p->next[id] == NULL) {
p->next[id] = new node();
}
p = p->next[id];
i++;
}
(p->cnt)++;
}
//bfs求失败指针
void bfs(node *root) {
while (!qq.empty()) qq.pop();
int i;
root->fail = NULL;
qq.push(root);root->fail = NULL;
node *tmp,*p;
while (!qq.empty()) {
tmp = qq.front();
qq.pop();
p = NULL;
for (i = 0; i < 26; i++) {
if (tmp->next[i] != NULL) {
p = tmp->fail;
while (p && !p->next[i]) {
p = p->fail;
}
if (!p) tmp->next[i]->fail = root;
else tmp->next[i]->fail = p->next[i];
qq.push(tmp->next[i]);
}
}
}
}
//AC自动机主程序
int AC_run(node *root) {
int i = 0,ans = 0,id;
node *p = root;
while (ss[i]) {
id = ss[i] - 'a';
while (!p->next[id] && p != root) {
p = p->fail;
}
p = p->next[id];
if (!p) p = root;
node *tmp = p;
while (tmp != root && tmp->cnt != -1) {
ans += tmp->cnt;
tmp->cnt = -1;
tmp = tmp->fail;
}
i++;
}
return ans;
}
int main () {
int t;
scanf("%d",&t);
while (t--) {
int n;
scanf("%d",&n);
node *root = new node();
while (n--) {
scanf("%s",str);
BuildTree(root);
}
bfs(root);
scanf("%s",ss);
printf("%d\n",AC_run(root));
}
return 0;
}