HDU 2243 AC自动机->DP->附矩阵乘法板子

题目大意:

给一些字母串,问长度为L【以内】的全部字母串中,有多少个字母串,【包含】给定的字母串。答案mod 2^64


首先,对于答案mod 2^64,只要全部使用unsigned long long进行运算,就会自动实现这个功能了。


然后假设,问题只求长度为L,而不是长度小于L的,这个问题怎么做呢?


参考前一个题解……


题目转换为求【不包含】给定字母串来做的话,会简单一些。求出不包含的数量,和总数,做差即可。

这里再简述一下,构造AC自动机,我们然后我们知道对于trie图中,有些节点不能到达,一旦到达,说明这个方案不合法。


HDU 2243 AC自动机->DP->附矩阵乘法板子_第1张图片

对于上图的AC自动机(省略了无数条边……)

红色的节点,为那个节点表示,到那个节点有单词出现。

(考虑AC自动机的last指针,不能只考虑val来考虑是否有单词,因为对于abcdefgpp,和efg。可能遍历到abcdefgp的时候,已经有efg了,所以abcdefg的g的位置,也是不可访问的)


现在问题就变为了,在trie图中跑路~ 从0出发,经过L步,不经过红色点的方案总数。


f[i][j]表示,停留在AC自动机的i节点,走了j步的方案总数。

其中k节点可以到i节点,并且k,j节点都不是红色节点。


暴力转移必然TLE。 这样的式子可以矩阵优化。

HDU 2243 AC自动机->DP->附矩阵乘法板子_第2张图片

这样的矩阵。中间的矩阵保存f[0][i],经过一次乘法后,得到f[0][i+1]

左边的矩阵意淫一下就可以知道,a[i][j]表示f[j]是否可以转移到f[i],是的话就是1,否则就是0.


然后矩阵乘法满足结合律……就可以实现快速求出结果了。  当然这是HDU 2222的题解~~~~



这题需要的是矩阵的1次方,2次方,3次方。。。n次方的和。


对于a^0+a^1+a^2+a^3+++++a^n 的求解,也可以借助矩阵实现。


HDU 2243 AC自动机->DP->附矩阵乘法板子_第3张图片

就是这个矩阵! 当然也可以推导出(3*3) * (3*1)的矩阵的形式。但是既然有2*2的矩阵,当然好啦。


这个矩阵的n次方后的第一行的元素之和,就是a^0+a^1+a^2++++a^n啦。  (1)



当然,现在我们的a是一个矩阵。 矩阵也可以实现的~

HDU 2243 AC自动机->DP->附矩阵乘法板子_第4张图片

就是这样~ 左上角是矩阵,然后右边一列,是2个大大的单位矩阵。


然后这个矩阵的n次方后,把第一行的2个大矩阵相加,就是A^0+A^1+A^2+++A^n啦。

当然,矩阵的0次方,就是单位矩阵。


这题用这个方法,就可以快速求出方案总数。(包含不经过红色点的方案总数,任何排列的26^1+26^2……26^L的方案总数)

我们求出来的是26^0+26^1...+26^L, 以及矩阵A^0+A^1+A^2++++A^n的方案总数。


看起来是不是多了一个26^0,右边多了一个A^0呢?

左边对于26^0,直接答案减1即可。


右边多了一个A^0,可以去掉一个单位矩阵。当然,可以看出A^0 * b(b就是f[0],f[1]的那个矩阵),单位矩阵乘以那个矩阵,就是那个矩阵本身。而那个矩阵本身,也就走0步的状态的方案总数,也就是26^0的方案总数~ 所以可以不用考虑。   (这一段话比较混乱,大家可以自行理解)


矩阵乘法板子


const int mat_size = 40 * 2;//矩阵大小,需要乘以2,为了&运算的时候需要二倍的矩阵大小
struct Matrix
{
	unsigned long long a[mat_size][mat_size];
	int x, y;//长宽
	Matrix()	//返回0矩阵
	{
		memset(a,0,sizeof(a));
	}
	Matrix(int x,int y)//返回0矩阵,并且x,y赋值
	{
		this->x = x;
		this->y = y;
		memset(a, 0,sizeof(a));
	}

	Matrix(int n)	//返回n*n的【单位矩阵】
	{
		this->x=n;
		this->y=n;
		memset(a,0,sizeof(a));
		for (int i = 0; i >= 1 ;  
			A = A * A ;  
		}  
		return ret ;  
	}

	Matrix operator & (int b)//A^0 + A^1+A^2+A^3+++A^n,其中A是矩阵。最后返回的就是一个矩阵
	{
		Matrix ret = *this;
		for (int i = ret.x; i < ret.x * 2; ++ i)	
		{
			ret.a[i-ret.x][i]= 1;
			ret.a[i][i] = 1;
		}
		ret.x <<= 1;
		ret.y <<= 1;
		//pg(ret);
		ret = ret^b;
		ret.x >>= 1;
		ret.y >>= 1;
		for (int i = 0; i < ret.x; ++ i)	
			for (int j = 0; j < ret.y; ++ j)
				ret.a[i][j] += ret.a[i][j + ret.x];
		return ret;
	}
	void pg(Matrix A)
	{
		for (int i = 0; i 


ac code : 46ms


#include
#include 
#include 
#include 
#include
#include
#include
#include
using namespace std;

const int SIGMA_SIZE = 26;
const int MAXNODE = 56789;
#define prln(x)	cout<<#x<<" = "<x = x;
		this->y = y;
		memset(a, 0,sizeof(a));
	}

	Matrix(int n)	//返回n*n的【单位矩阵】
	{
		this->x=n;
		this->y=n;
		memset(a,0,sizeof(a));
		for (int i = 0; i >= 1 ;  
			A = A * A ;  
		}  
		return ret ;  
	}

	Matrix operator & (int b)//A^0 + A^1+A^2+A^3+++A^n,其中A是矩阵。最后返回的就是一个矩阵
	{
		Matrix ret = *this;
		for (int i = ret.x; i < ret.x * 2; ++ i)	
		{
			ret.a[i-ret.x][i]= 1;
			ret.a[i][i] = 1;
		}
		ret.x <<= 1;
		ret.y <<= 1;
		//pg(ret);
		ret = ret^b;
		ret.x >>= 1;
		ret.y >>= 1;
		for (int i = 0; i < ret.x; ++ i)	
			for (int j = 0; j < ret.y; ++ j)
				ret.a[i][j] += ret.a[i][j + ret.x];
		return ret;
	}
	void pg(Matrix A)
	{
		for (int i = 0; i >= 1 ;  
		a = a*a ;  
	}  
	return r ;  
}  

struct AhoCorasickAutomata {
	int ch[MAXNODE][SIGMA_SIZE];
	int f[MAXNODE];    // fail函数
	int val[MAXNODE];  // 每个字符串的结尾结点都有一个非0的val
	int last[MAXNODE]; // 输出链表的下一个结点
	int sz;
	int match[MAXNODE];//表示字典树中,下标为i的点,是否为
	queueq;

	void init() {//初始化函数
		sz = 1;
		memset(ch[0], 0, sizeof(ch[0]));
		memset(val, 0, sizeof(val));
		memset(match, 0, sizeof(match));
	}

	// 字符c的编号
	int idx(char c) 
	{  
		//if (c == '\0') return 62;  
		/*
		//包含所有大小写字母和数字idx函数
		if (c >= '0' && c <= '9') return c - '0';  
		if (c >= 'a' && c <= 'z') return c - 'a' + 10;  
		return c - 'A' + 36;  
		*/
		//return (int)c-'A';
		return (int)(c-'a');
	}  

	// 插入字符串。v必须非0
	void insert(char s[], int len, int id) {
		int now = 0;
		for(int i = 0; i < len; i++) {
			int c = idx(s[i]);
			if(!ch[now][c]) {
				memset(ch[sz], 0, sizeof(ch[sz]));
				val[sz] = 0;
				ch[now][c] = sz++;
			}
			now = ch[now][c];
		}
		val[now] = id;//单词出现的次数
	}


	// 递归打印以结点j结尾的所有字符串
	void print(int j) //输出j节点的信息,如果last[j]存在,last[j]的位置也有字符
	{
		if(j) 
		{
			//	mp[val[j]]=1;
			//++cnt[val[j]];
			match[j] = 1;
			print(last[j]);
		}
	}

	// 在T中找模板,text串的下标从0开始,长度为len
	void find(char text[], int len) {
		int j = 0; // 当前结点编号,初始为根结点
		for(int i = 0; i < len; i++) { // 文本串当前指针
			int c = idx(text[i]);
			j = ch[j][c];
			if(val[j]) 	print(j);
			else if(last[j]) print(last[j]); // 找到了!
		}
	}

	//计算fail指针
	void get_fail()
	{
		f[0] = 0;//fail[i]表示,当匹配到某个位置失败,下一个自动的位置
		for (int c = 0; c < SIGMA_SIZE; c++)
		{
			int will = ch[0][c];
			if (will)
			{
				f[will]=0;
				q.push(will);
				last[will] = 0;
			}
		}
		while (!q.empty())
		{
			int now = q.front();
			q.pop();
			for (int c = 0; c < SIGMA_SIZE; ++ c)
			{
				int will = ch[now][c];	//now节点,想要访问的下标
				if (!will)	
				{
					ch[now][c] = ch[f[now]][c];
					continue;
				}
				q.push(will);		
				int pre = f[now];	//失配指针,先指now的失配,至少有一段都是相等的
				while (pre && !ch[pre][c])	pre = f[pre];//往前跳失配指针,类似 KMP
				f[will] = ch[pre][c];	// f[i]的意义就是g[?,i]和g[0,f[i]]的字符串是相等的
				last[will] = val[f[will]] ? f[will] : last[f[will]];
			}
		}
		//prln('#');
		for (int i = 0; i != sz; ++ i)
		{
			if (val[i])	print(i);
			else if (last[i])	print(i);
		}
		//prln('!');
	}

	void doit()
	{
		//	prln("doit");
		Matrix cent;
		cent.x = sz;
		cent.y = sz;
		for (int i = 0; i < sz; ++ i)
		{
			//prln(i);
			if (match[i])	continue;//从i出发,显然不现实
			for (int j = 0; j < SIGMA_SIZE; ++ j)
			{
				if (!match[ch[i][j]])
				{
					cent.a[ch[i][j]][i] ++;
				}
			}
		}
		Matrix chu;
		chu.x = sz;
		chu.y = 1;
		chu.a[0][0] = 1;

		//pg(cent);
		//pg(cent&L);

		Matrix ans = (cent&L) * chu;
		//pg(ans);

		unsigned long long ret=0;
		for (int i = 0; i < ans.x;++i)
			for (int j =0;j




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