ACM 常用算法模板(膜拜大佬kuangbin)

本文深入讲解了多种字符串处理算法,包括KMP、e-KMP、Manacher、AC自动机、后缀数组、后缀自动机及字符串hash等,涵盖了从基础到高级的字符串操作技巧,适合所有对字符串算法感兴趣的读者。

Contents
1 字符串处理 5
1.1 KMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 e-KMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Manacher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 AC 自动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.5 后缀数组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5.1 DA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5.2 DC3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6 后缀自动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6.1 基本函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6.2 例题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7 字符串 hash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1 字符串处理 5 1.1 KMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 e-KMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Manacher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 AC 自动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5 后缀数组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5.1 DA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5.2 DC3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.6 后缀自动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.6.1 基本函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.6.2 例题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.7 字符串 hash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2 数学 25 2.1 素数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.1 素数筛选(判断 <MAXN 的数是否素数) . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.2 素数筛选(筛选出小于等于 MAXN 的素数) . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.3 大区间素数筛选(POJ 2689) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 素数筛选和合数分解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3 扩展欧几里得算法(求 ax+by=gcd 的解以及逆元) . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4 求逆元 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4.1 扩展欧几里德法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4.2 简洁写法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4.3 利用欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.5 模线性方程组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.6 随机素数测试和大数分解 (POJ 1811) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.7 欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.1 分解质因素求欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.2 筛法欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.3 求单个数的欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.4 线性筛(同时得到欧拉函数和素数表) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.8 高斯消元(浮点数) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.9 FFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.10 高斯消元法求方程组的解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.10.1 一类开关问题,对 2 取模的 01 方程组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.10.2 解同余方程组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.11 整数拆分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.12 求 A B 的约数之和对 MOD 取模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.13 莫比乌斯反演 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.13.1 莫比乌斯函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.13.2 例题:BZOJ2301 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.14 Baby-Step Giant-Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.15 自适应 simpson 积分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.16 斐波那契数列取模循环节 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.17 原根 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.18 快速数论变换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.18.1 HDU4656 卷积取模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.19 其它公式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.19.1 Polya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 kuangbin 1 ACM Template of kuangbin 3 数据结构 56 3.1 划分树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.2 RMQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.1 一维 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.2 二维 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.3 树链剖分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3.1 点权 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3.2 边权 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.4 伸展树(splay tree) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4.1 例题:HDU1890 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4.2 例题:HDU3726 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.5 动态树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5.1 SPOJQTREE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5.2 SPOJQTREE2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.5.3 SPOJQTREE4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.5.4 SPOJQTREE5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.5.5 SPOJQTREE6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.5.6 SPOJQTREE7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.5.7 HDU4010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.6 主席树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.6.1 查询区间多少个不同的数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.6.2 静态区间第 k 大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.6.3 树上路径点权第 k 大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.6.4 动态第 k 大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3.7 Treap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.8 KD 树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.8.1 HDU4347 K 近邻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.8.2 CF44G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.8.3 HDU4742 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.9 替罪羊树 (ScapeGoat Tree) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.9.1 CF455D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.10 动态 KD 树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.11 树套树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.11.1 替罪羊树套 splay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4 图论 130 4.1 最短路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.1.1 Dijkstra 单源最短路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.1.2 Dijkstra 算法 + 堆优化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.1.3 单源最短路 bellman_ford 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.1.4 单源最短路 SPFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.2 最小生成树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2.1 Prim 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2.2 Kruskal 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.3 次小生成树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.4 有向图的强连通分量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.4.1 Tarjan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.4.2 Kosaraju . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.5 图的割点、桥和双连通分支的基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.6 割点与桥 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.6.1 模板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 kuangbin 2 ACM Template of kuangbin 4.6.2 调用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.7 边双连通分支 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.8 点双连通分支 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.9 最小树形图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.10 二分图匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.10.1 邻接矩阵(匈牙利算法) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.10.2 邻接表(匈牙利算法) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.10.3 Hopcroft-Karp 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.11 二分图多重匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 4.12 二分图最大权匹配(KM 算法) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 4.13 一般图匹配带花树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 4.14 一般图最大加权匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.15 生成树计数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.16 最大流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.16.1 SAP 邻接矩阵形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.16.2 SAP 邻接矩阵形式 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 4.16.3 ISAP 邻接表形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 4.16.4 ISAP+bfs 初始化 + 栈优化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4.16.5 dinic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 4.16.6 最大流判断多解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.17 最小费用最大流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.17.1 SPFA 版费用流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.17.2 zkw 费用流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 4.18 2-SAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.18.1 染色法(可以得到字典序最小的解) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.18.2 强连通缩点法(拓扑排序只能得到任意解) . . . . . . . . . . . . . . . . 173 4.19 曼哈顿最小生成树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 4.20 LCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4.20.1 dfs+ST 在线算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4.20.2 离线 Tarjan 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4.20.3 LCA 倍增法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 4.21 欧拉路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.21.1 有向图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.21.2 无向图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 4.21.3 混合图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.22 树分治 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.22.1 点分治 -HDU5016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.22.2 * 点分治 -HDU4918 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.22.3 链分治 -HDU5039 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 5 搜索 205 5.1 Dancing Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 5.1.1 精确覆盖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 5.1.2 可重复覆盖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 5.2 八数码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 5.2.1 HDU1043 反向搜索 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6 动态规划 212 6.1 最长上升子序列 O(nlogn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.2 背包 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.3 插头 DP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 kuangbin 3 ACM Template of kuangbin 6.3.1 HDU 4285 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 7 计算几何 218 7.1 二维几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7.2 三维几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 7.3 平面最近点对 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.4 三维凸包 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.4.1 HDU4273 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 8 其他 249 8.1 高精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 8.2 完全高精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 8.3 strtok 和 sscanf 结合输入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.4 解决爆栈,手动加栈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.5 STL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.5.1 优先队列 priority_queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.5.2 set 和 multiset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 8.6 输入输出外挂 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.7 莫队算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.7.1 分块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 8.7.2 Manhattan MST 的 dfs 顺序求解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 8.8 VIM 配置 .
ACM竞赛中,算法模板是参赛者必须掌握的重要工具,它能帮助解决各种常见问题。本文档详细列举了ACM算法模板中的一些常用算法,包括字符串处理、数学问题解决等部分。 在字符串处理部分,首先介绍了KMP算法,它是一种用于字符串模式匹配的高效算法,能够在O(n+m)的时间复杂度内完成对目标字符串中是否存在模式串的判断,其中n为目标字符串的长度,m为模式串的长度。KMP算法的核心在于next数组,它记录了模式串在不匹配时应该从哪个位置重新开始匹配,从而避免了重复检测。 接着是e-KMP算法,它是对KMP算法的一种优化,尤其在处理多模式串匹配时效率更高。Manacher算法用于解决字符串中的最长回文子串问题,该算法通过对称性和边界扩展的方式,将时间复杂度降低到O(n)。 AC自动机是一种用于多模式串匹配的算法,它构建了一棵基于模式串的自动机,能够高效地在一段文本中找到所有模式串的出现位置。后缀数组和后缀自动机是处理字符串深层次问题的高级数据结构,它们在处理字符串比较、查找最大重复子串等问题上有显著优势。 字符串hash是处理字符串问题的另一种常用技巧,通过将字符串转换为整数的方式,能够快速进行字符串间的比较操作。这种转换通常依赖于哈希函数,但在不同的应用场景中可能需要不同的哈希策略。 在数学部分,首先介绍了素数相关的算法,包括素数筛选以及大区间素数筛选。素数筛选主要是找出小于或等于特定数值的所有素数,而大区间素数筛选则涉及更高效的筛选技术,适用于更大数值范围的素数筛选,如POJ 2689题。 扩展欧几里得算法用于求解线性同余方程ax+by=gcd(a,b),以及计算模m下a的逆元,后者在解决涉及模运算的同余问题时非常有用。求逆元部分介绍了利用扩展欧几里得算法和欧拉函数的求逆元方法。 模线性方程组的解法也是ACM竞赛中常见的算法,它解决了一组方程在模某个数的情况下求解的问题
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