【字典树】【KMP】【C++算法】3045统计前后缀下标对 II

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本文涉及知识点

字符串 字典树 KMP 前后缀

LeetCode:3045统计前后缀下标对 II

给你一个下标从 0 开始的字符串数组 words 。
定义一个 布尔 函数 isPrefixAndSuffix ，它接受两个字符串参数 str1 和 str2 ：
当 str1 同时是 str2 的前缀（prefix）和后缀（suffix）时，isPrefixAndSuffix(str1, str2) 返回 true，否则返回 false。
例如，isPrefixAndSuffix(“aba”, “ababa”) 返回 true，因为 “aba” 既是 “ababa” 的前缀，也是 “ababa” 的后缀，但是 isPrefixAndSuffix(“abc”, “abcd”) 返回 false。
以整数形式，返回满足 i < j 且 isPrefixAndSuffix(words[i], words[j]) 为 true 的下标对 (i, j) 的 数量 。
示例 1：
输入：words = [“a”,“aba”,“ababa”,“aa”]
输出：4
解释：在本示例中，计数的下标对包括：
i = 0 且 j = 1 ，因为 isPrefixAndSuffix(“a”, “aba”) 为 true 。
i = 0 且 j = 2 ，因为 isPrefixAndSuffix(“a”, “ababa”) 为 true 。
i = 0 且 j = 3 ，因为 isPrefixAndSuffix(“a”, “aa”) 为 true 。
i = 1 且 j = 2 ，因为 isPrefixAndSuffix(“aba”, “ababa”) 为 true 。
因此，答案是 4 。
示例 2：

输入：words = [“pa”,“papa”,“ma”,“mama”]
输出：2
解释：在本示例中，计数的下标对包括：
i = 0 且 j = 1 ，因为 isPrefixAndSuffix(“pa”, “papa”) 为 true 。
i = 2 且 j = 3 ，因为 isPrefixAndSuffix(“ma”, “mama”) 为 true 。
因此，答案是 2 。
示例 3：

输入：words = [“abab”,“ab”]
输出：0
解释：在本示例中，唯一有效的下标对是 i = 0 且 j = 1 ，但是 isPrefixAndSuffix(“abab”, “ab”) 为 false 。
因此，答案是 0 。
提示：
1 <= words.length <= 10⁵
1 <= words[i].length <= 10⁵
words[i] 仅由小写英文字母组成。
所有 words[i] 的长度之和不超过 5 * 10⁵ 。

分析

利用KMP 计算那些前缀等于后缀，然后在字典树中查询，此前缀（后缀）是否存在，如果存在根据编号查询出现数量。
注意：前缀不能为空，可以等于本串。

代码

核心代码

template<class TData = char, int iTypeNum = 26, TData cBegin = 'a'>
class CTrieNode
{
public:CTrieNode* AddChar(TData ele, int& iMaxID){
#ifdef _DEBUGif ((ele < cBegin) || (ele >= cBegin + iTypeNum)){return nullptr;}
#endifconst int index = ele - cBegin;auto ptr = m_vPChilds[ele - cBegin];if (!ptr){m_vPChilds[index] = new CTrieNode();
#ifdef _DEBUGm_vPChilds[index]->m_iID = ++iMaxID;m_childForDebug[ele] = m_vPChilds[index];
#endif}return m_vPChilds[index];}CTrieNode* GetChild(TData ele)const{
#ifdef _DEBUGif ((ele < cBegin) || (ele >= cBegin + iTypeNum)){return nullptr;}
#endifreturn m_vPChilds[ele - cBegin];}
protected:
#ifdef _DEBUGint m_iID = -1;std::unordered_map<TData, CTrieNode*> m_childForDebug;
#endif
public:int m_iLeafIndex = -1;
protected:CTrieNode* m_vPChilds[iTypeNum] = { nullptr };
};template<class TData = char, int iTypeNum = 26, TData cBegin = 'a'>
class CTrie
{
public:int GetLeadCount(){return m_iLeafCount;}template<class IT>int Add(IT begin, IT end){auto pNode = &m_root;for (; begin != end; ++begin){pNode = pNode->AddChar(*begin, m_iMaxID);}if (-1 == pNode->m_iLeafIndex){pNode->m_iLeafIndex = m_iLeafCount++;}return pNode->m_iLeafIndex;}template<class IT>CTrieNode<TData, iTypeNum, cBegin>* Search(IT begin, IT end){auto ptr = &m_root;for (; begin != end; ++begin){ptr = ptr->GetChild(begin);if (nullptr == ptr){return nullptr;}}return ptr;}CTrieNode<TData, iTypeNum, cBegin> m_root;
protected:int m_iMaxID = 0;int m_iLeafCount = 0;
};class KMP
{
public:virtual int Find(const string& s, const string& t){CalLen(t);m_vSameLen.assign(s.length(), 0);for (int i1 = 0, j = 0; i1 < s.length(); ){for (; (j < t.length()) && (i1 + j < s.length()) && (s[i1 + j] == t[j]); j++);//i2 = i1 + j 此时s[i1,i2)和t[0,j)相等 s[i2]和t[j]不存在或相等m_vSameLen[i1] = j;//t[0,j)的结尾索引是j-1，所以最长公共前缀为m_vLen[j-1]，简写为y 则t[0,y)等于t[j-y,j)等于s[i2-y,i2)if (0 == j){i1++;continue;}const int i2 = i1 + j;j = m_vLen[j - 1];i1 = i2 - j;//i2不变}for (int i = 0; i < m_vSameLen.size(); i++){//多余代码是为了增加可测试性if (t.length() == m_vSameLen[i]){return i;}}return -1;}vector<int> m_vSameLen;//m_vSame[i]记录 s[i...]和t[0...]最长公共前缀，增加可调试性static vector<int> Next(const string& s){const int len = s.length();vector<int> vNext(len, -1);for (int i = 1; i < len; i++){int next = vNext[i - 1];while ((-1 != next) && (s[next + 1] != s[i])){next = vNext[next];}vNext[i] = next + (s[next + 1] == s[i]);}return vNext;}
protected:void CalLen(const string& str){m_vLen.resize(str.length());for (int i = 1; i < str.length(); i++){int next = m_vLen[i - 1];while (str[next] != str[i]){if (0 == next){break;}next = m_vLen[next-1];}m_vLen[i] = next + (str[next] == str[i]);}}int m_c;vector<int> m_vLen;//m_vLen[i] 表示t[0,i]的最长公共前后缀	
};class Solution {
public:long long countPrefixSuffixPairs(vector<string>& words) {CTrie<> trie;unordered_map<int, int> mNoNum;long long llRet = 0;for (const auto& str : words){			KMP kmp;kmp.Find(str, str);queue<int> indexs;for (int i = str.length()-1; i >= 0 ; i--){if (kmp.m_vSameLen[i] == (str.length() - i)){indexs.emplace(str.length() - i);}}auto ptr = &trie.m_root;for (int i = 0; i < str.length(); i++){ptr = ptr->GetChild(str[i]);if (nullptr == ptr){break;}if ((-1 != ptr->m_iLeafIndex)&&indexs.size()&&( indexs.front()==i+1 )){llRet += mNoNum[ptr->m_iLeafIndex];					}while (indexs.size() && (indexs.front() == i + 1)){indexs.pop();}}mNoNum[trie.Add(str.begin(), str.end())]++;}return llRet;}
};

扩展阅读

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子墨子言之：事无终始，无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。
如果程序是一条龙，那算法就是他的是睛

测试环境

操作系统：win7 开发环境： VS2019 C++17
或者 操作系统：win10 开发环境： VS2022 C++17
如无特殊说明，本算法用**C++**实现。

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