AC自动机算法
转自：http://www.cppblog.com/mythit/archive/2009/04/21/80633.html
首先简要介绍一下AC自动机：Aho-Corasick automation，该算法在1975年产生于贝尔实验室，是著名的多模匹配算法之一。一个常见的例子就是给出n个单词，再给出一段包含m个字符的文章，让你找出有多少个单词在文章里出现过。要搞懂AC自动机，先得有模式树（字典树）Trie和KMP模式匹配算法的基础知识。AC自动机算法分为3步：构造一棵Trie树，构造失败指针和模式匹配过程。
如果你对KMP算法和了解的话，应该知道KMP算法中的next函数（shift函数或者fail函数）是干什么用的。KMP中我们用两个指针i和j分别表示，A[i-j+ 1..i]与B[1..j]完全相等。也就是说，i是不断增加的，随着i的增加j相应地变化，且j满足以A[i]结尾的长度为j的字符串正好匹配B串的前 j个字符，当A[i+1]≠B[j+1]，KMP的策略是调整j的位置（减小j值）使得A[i-j+1..i]与B[1..j]保持匹配且新的B[j+1]恰好与A[i+1]匹配，而next函数恰恰记录了这个j应该调整到的位置。同样AC自动机的失败指针具有同样的功能，也就是说当我们的模式串在Tire上进行匹配时，如果与当前节点的关键字不能继续匹配的时候，就应该去当前节点的失败指针所指向的节点继续进行匹配。
看下面这个例子：给定5个单词：say she shr he her，然后给定一个字符串yasherhs。问一共有多少单词在这个字符串中出现过。我们先规定一下AC自动机所需要的一些数据结构，方便接下去的编程。
const int kind = 26;
struct node{
node *fail; //失败指针
node *next[kind]; //Tire每个节点的个子节点（最多个字母）
int count; //是否为该单词的最后一个节点
node(){ //构造函数初始化
fail=NULL;
count=0;
memset(next,NULL,sizeof(next));
}
}*q[500001]; //队列，方便用于bfs构造失败指针
char keyword[51]; //输入的单词
char str[1000001]; //模式串
int head,tail; //队列的头尾指针
有了这些数据结构之后，就可以开始编程了：
首先，将这5个单词构造成一棵Tire，如图-1所示。
void insert(char *str,node *root){
node *p=root;
int i=0,index;
while(str[i]){
index=str[i]-'a';
if(p->next[index]==NULL) p->next[index]=new node();
p=p->next[index];
i++;
}
p->count++; //在单词的最后一个节点count+1，代表一个单词
}
在构造完这棵Tire之后，接下去的工作就是构造下失败指针。构造失败指针的过程概括起来就一句话：设这个节点上的字母为C，沿着他父亲的失败指针走，直到走到一个节点，他的儿子中也有字母为C的节点。然后把当前节点的失败指针指向那个字母也为C的儿子。如果一直走到了root都没找到，那就把失败指针指向root。具体操作起来只需要：先把root加入队列(root的失败指针指向自己或者NULL)，这以后我们每处理一个点，就把它的所有儿子加入队列，队列为空。
void build_ac_automation(node *root){
int i;
root->fail=NULL;
q[head++]=root;
while(head!=tail){
node *temp=q[tail++];
node *p=NULL;
for(i=0;i<26;i++){
if(temp->next[i]!=NULL){
if(temp==root) temp->next[i]->fail=root;
else{
p=temp->fail;
while(p!=NULL){
if(p->next[i]!=NULL){
temp->next[i]->fail=p->next[i];
break;
}
p=p->fail;
}
if(p==NULL) temp->next[i]->fail=root;
}
q[head++]=temp->next[i];
}
}
}
}
最后，我们便可以在AC自动机上查找模式串中出现过哪些单词了。匹配过程分两种情况：(1)当前字符匹配，表示从当前节点沿着树边有一条路径可以到达目标字符，此时只需沿该路径走向下一个节点继续匹配即可，目标字符串指针移向下个字符继续匹配；(2)当前字符不匹配，则去当前节点失败指针所指向的字符继续匹配，匹配过程随着指针指向root结束。重复这2个过程中的任意一个，直到模式串走到结尾为止。
int query(node *root){
int i=0,cnt=0,index,len=strlen(str);
node *p=root;
while(str[i]){
index=str[i]-'a';
while(p->next[index]==NULL && p!=root) p=p->fail;
p=p->next[index];
p=(p==NULL)?root:p;
node *temp=p;
while(temp!=root && temp->count!=-1){
cnt+=temp->count;
temp->count=-1;
temp=temp->fail;
}
i++;
}
return cnt;
}