题目描述(难度M):
解法:马拉车算法(Manacher's Algorithm)
马拉车算法是解决最长回文子串长度的经典算法,时间复杂度和空间复杂度均只有O(n)。
参考博客:
https://articles.leetcode.com/longest-palindromic-substring-part-ii/
http://windliang.cc/2018/08/05/leetCode-5-Longest-Palindromic-Substring/
https://www.cnblogs.com/grandyang/p/4475985.html
首先对字符串进行预处理操作:因为回文字符串可能有奇数个字符也可能有偶数个字符,该算法在每个字符间插入"#",并在最开头插入"^",结尾插入"$"(防止越界),这样所有的字符串经过处理后都有奇数个字符,处理后的字符用T表示。
如:abba ==> "^#a#b#b#a#$"
abcba ==> "^#a#b#c#b#a#$"
用 P[i] 表示以为中心的处理后的回文字符串一半的长度(包括字符"#")
如:T = ^ # a # b # a # a # b # a # $
P = 0 1 0 3 0 1 6 1 0 3 0 1 0
上面的 是字符"#",它是边界 P[1] = 0;
是字符"a",以它为中心左边有一个"#"右边有一个"#",P[2] = 1;
是第二个"#",它左边是a右边是b不是回文,P[3] = 0;
是字符"b",以它为中心左边有一个"#a#"右边有一个"#a#",长度为3,P[4] = 3。以此类推。我们可以很明显地看到上例的最长回文字符串为"abaaba",长度为6,刚好 P[6] = 6。
我们现在考虑一下怎么求 P[i]
图片来源: http://windliang.cc/2018/08/05/leetCode-5-Longest-Palindromic-Substring/
我们定义C表示当前最长的回文子串的中心,R表示最长回文子串的右边界,i_mirror表示 i 相对于 C 对称的另一侧数组下标。
利用回文的对称性很明显我们可以看到 P[i] = P[i_mirror] = 3。
但情况并不总是这么乐观
图片来源: http://windliang.cc/2018/08/05/leetCode-5-Longest-Palindromic-Substring/
如上图,很明显 P[15] ≠ P[7],因为 i 为 15,P[i_mirror] = P[7]为7,15 + 7 = 22,它超过了R。那为什么超过R就不行呢,因为当前的C智能保证到R以内是回文,R以外就无法保证了,也就是说 P[i] = P[15] 一定大于等于 R - i ,即在 i 到 R 的这个区间肯定是回文的,但是超过R的话就要继续判断了。
因此可以描述为:
if P[ i_mirror ] ≤ R – i,(说明 i 在 C 的控制范围之内)
then P[ i ] ← P[ i_mirror ](可以直接赋值)
else P[ i ] ≥ R - i. (这里我们就需要扩展R来找到P[i]了)
这样下面这行代码就比较好理解了:
P[i] = (R > i) ? min(R-i, P[i_mirror]) : 0;
若仍不能理解可参考https://www.cnblogs.com/grandyang/p/4475985.html
那么接下来如果超出了边界怎么样呢,要一个一个找。此时已经给 P[i] 赋值了 R - i,我们就要看 T[i + P[i] + 1] 和 T[i - P[i] - 1] 是否相等,相等则P[i] 加一。i + P[i] 就是下标 i 指向的元素向右迈 P[i] 步,我们知道此时的 T[i + P[i]] 和 T[i - P[i]] 是相等的,我们只需要分别再向外扩张一步即可(循环执行直到不相等)。
这样我们就能得出所有的 P[i] 了,得到 P[i] 以后我们只要找到最大的 P[i] 即为最长的回文子串的长度。
那怎么得到最长的回文子串呢?
事实是用 P 的下标 i - P[i] - 1,再除以 2 ,就是原字符串的开头下标了。其实用 i - P[i] 也可以,但是处理速度要慢一些。
因为处理后的字符串 字母 的下标均为偶数,"#" 的下标均为奇数,而当 字母 为最长回文子串的中心时P肯定为奇数(最终会扩展到#为止),当 "#" 为最长回文子串的中心时P肯定为偶数。 i - 1 - P[i] 则可以将所有情况均转化为偶数,除以2速度更快。
class Solution {
public:
//字符串预处理
string preProcess(string s){
int length = s.length();
if(length == 0){
return "^$";
}
string after = "^";
for(int i = 0; i < length; i++){
after += "#" + s.substr(i, 1);
}
after += "#$";
return after;
}
string longestPalindrome(string s) {
string T = preProcess(s);
int n = T.length();
int* P = new int[n]; //动态定义数组P
int C = 0; int R = 0;
for(int i = 1; i < n-1; i++){ //从1开始循环到n-1,忽略前后的字符"^"和"$"
int i_mirror = C - (i - C); //i_mirror是i相对于C的另一侧的对称点
P[i] = R > i ? min(R - i, P[i_mirror]) : 0;
while(T[i +P[i] + 1] == T[i - P[i] - 1]){ //扩展i的P[i]
P[i]++;
}
if(i + P[i] > R){ //如果以i为中心的回文右侧超过了R,则更新R和C
R = i + P[i];
C = i;
}
}
int maxLen = 0;
int centerIndex = 0;
for(int i = 1; i < n-1; i++){ //获取数组中最大的P[i]即为最长长度
if(P[i] > maxLen){
maxLen = P[i];
centerIndex = i;
}
}
delete[] P;
return s.substr((centerIndex - maxLen - 1)/2, maxLen);
}
};