Morris–Pratt algorithm
(include/emthrm/string/morris-pratt.hpp)

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• Last update: 2023-02-25 16:35:06+09:00
• Include: #include "emthrm/string/morris-pratt.hpp"

Knuth–Morris–Pratt algorithm

文字列 $S$ に対して S[0:i] の接頭辞と接尾辞の最大共通文字数 ($< i$) を求めるアルゴリズムである。

時間計算量

パターン長を $N$, テキスト長を $M$ とおく。

Morris–Pratt algorithm

	時間計算量
前処理	$O(N)$
更新	amortized $O(N)$ ?
パターンマッチング	$O(M)$

Knuth–Morris–Pratt algorithm

\[\langle O(N), O(M) \rangle\]

仕様

Morris–Pratt algorithm

struct MorrisPratt;

メンバ変数

名前	説明
std::string s	文字列 $S$
std::vector<int> border	$\mathrm{border}_i$ は S[0:i] の最長 border 長を表す。

メンバ関数

名前	効果・戻り値
explicit MorrisPratt(const std::string& s);	文字列 $S$ に対してオブジェクトを構築する。
void add(const char c);	$S$ の末尾に文字 $c$ を追加する。
std::vector<int> match(const std::string& t) const;	$S$ が出現する文字列 $T$ 中の位置
int period(const int idx) const;	S[0:idx] の最小周期

Knuth–Morris–Pratt algorithm

template <typename T = std::string>
struct KnuthMorrisPratt;

メンバ変数

名前	説明
std::vector<int> border	border[i] は S[0:i] の最長 tagged border 長を表す。

メンバ関数

名前	効果・戻り値
explicit KnuthMorrisPratt(const T& s);	文字列 $S$ に対してオブジェクトを構築する。
std::vector<int> match(const T& t) const;	$S$ が出現する $T$ 中の位置

参考文献

Morris–Pratt algorithm

• James H. Morris, Jr. and Vaughan R. Pratt: A Linear Pattern Matching Algorithm (1970).
• https://snuke.hatenablog.com/entry/2014/12/01/235807

Knuth–Morris–Pratt algorithm

• Donald E. Knuth, James H. Morris, Jr., and Vaughan R. Pratt: Fast Pattern Matching in Strings, SIAM Journal on Computing, Vol. 6, No. 2, pp. 323–350 (1977). https://doi.org/10.1137/0206024
• https://snuke.hatenablog.com/entry/2017/07/18/101026
• http://potetisensei.hatenablog.com/entry/2017/07/10/174908

周期性判定

• https://snuke.hatenablog.com/entry/2015/04/05/184819

パターンマッチング

• https://github.com/drken1215/algorithm/blob/d41481f5011e8b129128050627faddebe2add91a/String/knuth_morris_pratt.cpp

Submissons

• Morris–Pratt algorithm
  • match(t)
  • period(idx)
• Knuth–Morris–Pratt algorithm

Verified with

• 文字列/Morris–Pratt algorithm（パターンマッチング） (test/string/morris-pratt.1.test.cpp)
• 文字列/Morris–Pratt algorithm（最小周期） (test/string/morris-pratt.2.test.cpp)

Code

#ifndef EMTHRM_STRING_MORRIS_PRATT_HPP_
#define EMTHRM_STRING_MORRIS_PRATT_HPP_

#include <string>
#include <vector>

namespace emthrm {

struct MorrisPratt {
  std::string s;
  std::vector<int> border;

  explicit MorrisPratt(const std::string& s) : s(s), border({-1}), j(-1) {
    const int n = s.length();
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
      solve(i);
    }
  }

  void add(const char c) {
    s += c;
    solve(s.length() - 1);
  }

  std::vector<int> match(const std::string& t) const {
    const int n = s.length(), m = t.length();
    std::vector<int> res;
    for (int i = 0, k = 0; i < m; ++i) {
      while (k >= 0 && t[i] != s[k]) k = border[k];
      if (++k == n) res.emplace_back(i - n + 1);
    }
    return res;
  }

  int period(const int idx) const { return idx - border[idx]; }

 private:
  int j;

  void solve(const int idx) {
    while (j >= 0 && s[idx] != s[j]) j = border[j];
    border.emplace_back(++j);
  }
};

}  // namespace emthrm

#endif  // EMTHRM_STRING_MORRIS_PRATT_HPP_

#line 1 "include/emthrm/string/morris-pratt.hpp"



#include <string>
#include <vector>

namespace emthrm {

struct MorrisPratt {
  std::string s;
  std::vector<int> border;

  explicit MorrisPratt(const std::string& s) : s(s), border({-1}), j(-1) {
    const int n = s.length();
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
      solve(i);
    }
  }

  void add(const char c) {
    s += c;
    solve(s.length() - 1);
  }

  std::vector<int> match(const std::string& t) const {
    const int n = s.length(), m = t.length();
    std::vector<int> res;
    for (int i = 0, k = 0; i < m; ++i) {
      while (k >= 0 && t[i] != s[k]) k = border[k];
      if (++k == n) res.emplace_back(i - n + 1);
    }
    return res;
  }

  int period(const int idx) const { return idx - border[idx]; }

 private:
  int j;

  void solve(const int idx) {
    while (j >= 0 && s[idx] != s[j]) j = border[j];
    border.emplace_back(++j);
  }
};

}  // namespace emthrm

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