(Manacher Algorithm, 中心拓展法，动态规划) leetcode 5. 最长回文串

Posted 2022-05-22 bella2017

 

解法一：中心拓展法。从下标为0开始遍历，将每个元素当作回文串中心，向两边拓展。

1）以这个字符为中心的回文串的长度（奇数串）；

2）以这个字符和下个字符为中心的回文串的长度（偶数串）。

注意：既要统计回文串为奇数时，又要统计回文串为偶数时。当 s[left]!=s[right] 时，left多减了1，right多加了1，所以在计算回文串开头时要把left+1，长度要是(right-1)-(left+1)-1 = right - left -1

class Solution 
public:
    string longestPalindrome(string s) 
        int len = s.size();
        int maxlen = 1;
        int start = 0;
        
            //aba
            for(int i=0; i<len; i++)
                int j = i-1;
                int k = i+1;
                while(j>=0 && k<len && s[j]==s[k])
                    if(k-j+1 > maxlen)
                        maxlen = k-j+1;
                        start = j;
                    
                    j--;
                    k++;
                
             
            //abba
            for(int i=0; i<len; i++)
                int j = i;
                int k = i+1;
                while(j>=0 && k<len && s[j]==s[k])
                    if(k-j+1 > maxlen)
                        maxlen = k-j+1;
                        start = j;
                    
                    j--;
                    k++;
                
             
        
        return s.substr(start, maxlen);
    
;

class Solution 
public:
    string longestPalindrome(string s) 
        //这个写法更简便
        if(s.size() <2 )
            return s;
        int maxlen = 0, start=0;
        for(int i=0; i<s.size()-1; ++i)
            palind(s,i,i,start, maxlen);
            palind(s, i, i+1, start, maxlen);
        
        return s.substr(start, maxlen);
    
    
    void palind(string s, int left, int right, int& start, int& maxlen)
        while(left>=0 && right<s.size() && s[left]==s[right])
            right++;
            left--;
        
        if(maxlen < right-left-1)
            start = left+1;
            maxlen = right - left -1;
        
    
    
;

class Solution 
public:
    string longestPalindrome(string s) 
        int len = s.size();
        if(len==0 || len==1)
            return s;
        
        string s1="", s2="", p="";
        for(int k=0; k<len; ++k)
            //这里 k<len 或 k<len-1 都可以
            s1 = palind(s, k, k);
            if(s1.size() > p.size())
                p = s1;
            
            s2 = palind(s, k, k+1);
            if(s2.size() > p.size())
                p = s2;
        
        return p;
    
    string palind(string s, int i, int j)
        //以i和j为两端的回文串长度
        while(i>=0 && j<s.size() && s[i] == s[j] )
            i--;
            j++;
        
        return s.substr(i+1, j-i-1); 
    
;

我把重复的代码写成一个函数调用之后 更慢了==

 

解法二：Manacher Algorithm（马拉车算法）是解决在一个字符串中寻找最长回文串的O(n)算法。实在是不好理解。

参考视频：https://www.youtube.com/watch?v=SV1ZaKCozS4

参考链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/62351445?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=544807589276360704

思路：

1. 调整字符串

因为回文子串有两种可能"aba"和"bb"，如果直接处理需要判断子串中心是否有字符。而马拉车算法先为字符串填充无效字符，例如"#"。这样上述字符串就变成"#a#b#a#"和"#b#b#"。这样无论原字符串怎样，新生成的字符串都是长度为奇数，中心有字符。

2. 判断字符半径

这里先引入一些概念和变量。

字符半径：就是以该字符为中心可以形成的最大回文字符串的半径。比如"#a#b#a#"的半径为3。

节点 i ：被遍历节点i。

节点maxR : 容纳节点i最大回文子串所覆盖的最大位置。

节点pos : 容纳节点i最大回文子串的中心位置。

节点j ： 以pos为中心，节点i的对称位置。

数组R ： 记录所有节点为中心的最大回文半径，如"#a#b#a#" R[3] 的最大回文半径为4，要在字符半径的基础上加上本身的长度1 。

之后节点i从左至右遍历字符串，首先预估节点i最小半径，不断扩大搜索范围以确定最终半径。数组R记录下来。最终有了全部回文子串的中心和半径就能确定算法就可以解决。

3. 如何确定节点i的最小半径

如果所有节点i的半径都从0开始枚举，算法复杂度太高。因为在遍历节点i之前，数组R已经记录了过去节点的回文信息。通过maxR和pos记录容纳节点i最大回文子串信息。因为回文子串的左右必然对称，可以估计节点i的半径最小在maxR-i 和其对称节点 j = pos*2 -1 半径之间。如图：

公式：

当节点i探索范围超过maxR，则替换maxR和pos。以此遍历完整个字符串后，选择最大子串，保留在奇数位原字符串字符即可。

class Solution 
public:
    string manacher(string& x)
        string a = "#";
        for(char v : x)
            a.push_back(v);
            a.append("#");
            // #c#b#b#d#   #b#a#b#a#d#
        
        int pos = 0;   //容纳节点i最大回文子串的中心位置
        int maxR = 0;  //容纳节点i最大回文子串所覆盖的最大位置
        // R 记录所有节点为中心的最大回文串的半径
        vector<int> R(a.size(), 0);
        for(int i=0; i<a.size(); ++i)
            // 2*pos-i = mirror(i)
            //节点i未超过最大回文串的边界时，取min(mirror[i], 最大回文串的边界)，否则为0
            R[i] = maxR>i ? min(maxR-i, R[2*pos-i]) : 0;
            //从i+R[i] 和 i-R[i]之外开始遍历看是否相同
            while(R[i]+i<a.size() && i>=R[i] && a[i-R[i]] == a[i+R[i]])
                R[i]++;
            if(R[i] + i > maxR)
                maxR = R[i]+i;
                pos = i;
            
        
        
        int sub[] = 0, 0;  //sub储存回文串中心，半径长度
        for(int i=0; i<a.size(); ++i)
            if(R[i] > sub[1])
                sub[0] = i;
                sub[1] = R[i];
            
        
        
        string sub2 = "";
        for(int i=sub[0]-sub[1]+1; i<=sub[0]+sub[1]-1; ++i)
            if(i%2 == 1)
                //取奇数位
                sub2 += a[i];
        
        return sub2;
    

    
    string longestPalindrome(string s) 
        return manacher(s);
    
;