poj 2778 DNA Sequence ac自动机+矩阵快速幂

Posted 2020-07-01 hxer

链接:http://poj.org/problem?id=2778

题意:给定不超过10串，每串长度不超过10的灾难基因；问在之后给定的长度不超过2e9的基因长度中不包含灾难基因的基因有多少中?

DNA:只含‘A‘,‘T‘,‘C‘,‘G‘四种字符；

思路:这并不是很裸的ac自动机。。没有很明显的文本串匹配过程，但是我们能过通过对灾难基因建好Trie，在跑一下失配边时需要初始化状态转移矩阵了；

状态矩阵:每一次都可以往下一个位置走四个方向，但是要求不能走到单词节点。

(mat[i][j]) ^n: 表示走了n步，i 表示从那个节点开始走，j表示最终的字符(并不是特点的字符，可以表示多个合法的字符)；

　　　　　　　　$ ans = \sum \limits _{i=0}^{\rm size} mat\left [0  \right ]\left [ i \right ]$

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string.h>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<cmath>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
#include<stack>
#include<set>
#include<map>
#include<queue>
using namespace std;
#define rep0(i,l,r) for(int i = (l);i < (r);i++)
#define rep1(i,l,r) for(int i = (l);i <= (r);i++)
#define rep_0(i,r,l) for(int i = (r);i > (l);i--)
#define rep_1(i,r,l) for(int i = (r);i >= (l);i--)
#define MS0(a) memset(a,0,sizeof(a))
#define MS1(a) memset(a,-1,sizeof(a))
#define MSi(a) memset(a,0x3f,sizeof(a))
#define inf 0x3f3f3f3f
#define lson l, m, rt << 1
#define rson m+1, r, rt << 1|1
#define sqr(a) (a)*(a)
typedef pair<int,int> PII;
#define A first
#define B second
#define MK make_pair
typedef __int64 ll;
template<typename T>
void read1(T &m)
{
    T x=0,f=1;char ch=getchar();
    while(ch<‘0‘||ch>‘9‘){if(ch==‘-‘)f=-1;ch=getchar();}
    while(ch>=‘0‘&&ch<=‘9‘){x=x*10+ch-‘0‘;ch=getchar();}
    m = x*f;
}
template<typename T>
void read2(T &a,T &b){read1(a);read1(b);}
template<typename T>
void read3(T &a,T &b,T &c){read1(a);read1(b);read1(c);}
template<typename T>
void out(T a)
{
    if(a>9) out(a/10);
    putchar(a%10+‘0‘);
}
int T,kase = 0,i,j,k,n,m,top;
#define mod 100000
struct Matrix{
    int d[107][107];
    Matrix(int r = 0){
        MS0(d);
        if(r){
            for(int i = 0;i < top;i++)
                d[i][i] = 1;
        }
    }
    Matrix operator*(const Matrix& a)const{
        Matrix ans;
        for(int i = 0;i < top;i++)
        for(int j = 0;j < top;j++){
            for(int k = 0;k < top;k++)
                ans.d[i][j] = (ans.d[i][j]+1LL*d[i][k]*a.d[k][j]) % mod;
        }
        return ans;
    }
};
Matrix Pow(Matrix a,ll m)
{
    Matrix ans(1);
    while(m){
        if(m&1) ans = ans*a;
        a = a*a;
        m >>= 1;
    }
    return ans;
}
int h[128];
const int sigma_size = 4;
const int maxn = 107;
struct Aho_Corasick{
    int ch[maxn][sigma_size];
    int val[maxn],f[maxn],last[maxn],cnt[maxn];
    int sz;
    map<string,int> ms;
    Aho_Corasick(){}
    void init(){sz = 1;val[0] = 0; MS0(ch[0]);MS0(cnt);ms.clear();}
    int idx(char c){return h[c];}
    void Insert(char *s,int v){
        int u = 0,n = strlen(s);
        for(int i = 0;i < n;i++){
            int c = idx(s[i]);
            if(!ch[u][c]){
                MS0(ch[sz]);
                val[sz] = 0;
                ch[u][c] = sz++;
            }
            u = ch[u][c];
        }
        val[u] = v;
    }
    void getFail(){
        queue<int> q;
        f[0] = 0;
        //初始化队列
        for(int c = 0;c < sigma_size;c++){
            int u = ch[0][c];
            if(u) { f[u] = 0; q.push(u); last[u] = 0;}
        }
        while(!q.empty()){
            int r = q.front();q.pop();
            for(int c = 0;c < sigma_size;c++){
                int u = ch[r][c];
                if(!u) {ch[r][c] = ch[f[r]][c]; continue;}//实现压缩
                q.push(u);
                int v = f[r];
                while(v && !ch[v][c]) v = f[v];
                f[u] = ch[v][c];
                last[u] = val[f[u]]?f[u]:last[f[u]];
            }
        }
    }
    //从文本串中找模板;
    Matrix Find(){
        Matrix ans;
        for(int i = 0;i < sz;i++){
            if(val[i] || last[i]) continue;//合法即可
            for(int j = 0;j < 4;j++){ //每个节点都可以生成4个节点
                int v = ch[i][j];
                if(val[v] || last[v]) continue;
                ans.d[i][v]++; //也可以表示表示第i个节点到第v个节点之间一步走有几种方法;
            }
        }
        return ans;
    }
}ac;
char p[15];
int main()
{
    ll n,m;
    //freopen("data.txt","r",stdin);
    //freopen("out.txt","w",stdout);
    h[‘A‘] = 0;h[‘C‘] = 1;h[‘T‘] = 2;h[‘G‘] = 3;
    ac.init();
    read2(n,m);
    rep1(i,1,n){
        scanf("%s",p);
        ac.Insert(p,i);
    }
    top = ac.sz;
    ac.getFail();
    Matrix ans = ac.Find();
    ans = Pow(ans,m);
    int cnt = 0;
    rep0(i,0,top)
        cnt += ans.d[0][i];
    printf("%d\n",cnt%mod);
    return 0;
}