邝斌ACM算法模板2018:字符串处理与数学算法

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“kuangbin的ACM模板(2018年7月新版).pdf”是邝斌大神针对ACM竞赛精心编写的算法模板,包含了2018年7月的更新,修复了之前的一些错误。模板涵盖了字符串处理、数学等多个重要领域,旨在帮助参赛者快速解决各种算法问题。 1. 字符串处理: - KMP算法:一种用于字符串匹配的高效算法,避免了不必要的回溯,提高了查找效率。 - e-KMP:KMP算法的一种优化,通过增加部分表来减少预处理时间。 - Manacher算法:用于求解最长回文子串问题,利用对称性质减少计算量。 - AC自动机:一种字符串搜索的自动机,可以同时处理多个模式串的匹配。 - 后缀数组:用于处理字符串的排序和查询,可以快速找到字符串的所有子串及其出现次数。 - DA(Double Array):构建后缀数组的一种方法,具有较高的构建速度。 - DC3:用于构建后缀数组的另一种算法,相比DA更节省空间。 - 后缀自动机:后缀数组的扩展,能进行更复杂的字符串操作。 - 字符串Hash:用于快速比较字符串是否相同,常用于文本处理和字符串匹配。 2. 数学: - 素数筛选:包括判断素数、筛选素数和大区间素数筛选的方法。 - 扩展欧几里得算法:求两个整数的最大公约数并找出其解的形式。 - 求逆元:在模运算下求一个数的逆元,常用于数论问题。 - 模线性方程组:解决模意义下的线性方程组问题。 - 随机素数测试和大数分解:用于验证大数的素性及分解大数。 - 欧拉函数:与数的因数分布相关的函数,用于计算群的阶。 - 高斯消元:用于解决线性方程组,包括浮点数的处理。 - FFT(快速傅里叶变换):用于快速计算离散傅里叶变换,广泛应用于多项式乘法等。 - 方程组的解:包括对2取模的01方程组和同余方程组的解法。 - 整数拆分:将一个整数拆分为若干个正整数的和,研究其组合数。 - 求AB的约数之和对MOD取模:计算两个数乘积的所有约数之和模一个数的结果。 - 莫比乌斯反演:在数论中的一种重要工具,用于简化计算。 - Baby-Step Giant-Step:解决大整数的模幂运算问题。 - 自适应Simpson积分:数值积分的一种方法,根据数据自动调整步长。 - 斐波那契数列取模循环节:研究斐波那契数列模一定数后的周期性。 - 原根:在模p意义下,满足某个条件的整数,用于计算模幂运算。 - 快速数论变换:类似FFT,用于模运算下的多项式乘法和除法。 这份模板详细地列举了ACM竞赛中常见的算法和技巧,对于参赛者来说是一份宝贵的参考资料,可以帮助他们在比赛中快速解决问题,提高解题效率。
2018-09-05 上传
1 字符串处理 5 1.1 KMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 e-KMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Manacher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 AC 自动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.5 后缀数组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5.1 DA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5.2 DC3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.6 后缀自动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.6.1 基本函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.6.2 例题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.7 字符串 hash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2 数学 25 2.1 素数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.1 素数筛选(判断 <MAXN 的数是否素数) . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.2 素数筛选(筛选出小于等于 MAXN 的素数) . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.3 大区间素数筛选(POJ 2689) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 素数筛选和合数分解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.3 扩展欧几里得算法(求 ax+by=gcd 的解以及逆元) . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.4 求逆元 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4.1 扩展欧几里德法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4.2 简洁写法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.4.3 利用欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.5 模线性方程组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.6 随机素数测试和大数分解 (POJ 1811) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.7 欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.1 分解质因素求欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.2 筛法欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.3 求单个数的欧拉函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.7.4 线性筛(同时得到欧拉函数和素数表) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.8 高斯消元(浮点数) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.9 FFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.10 高斯消元法求方程组的解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.10.1 一类开关问题,对 2 取模的 01 方程组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.10.2 解同余方程组 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.11 整数拆分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.12 求 A B 的约数之和对 MOD 取模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.13 莫比乌斯反演 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.13.1 莫比乌斯函数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.13.2 例题:BZOJ2301 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.14 Baby-Step Giant-Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.15 自适应 simpson 积分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.16 斐波那契数列取模循环节 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.17 原根 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.18 快速数论变换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.18.1 HDU4656 卷积取模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.19 其它公式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.19.1 Polya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 kuangbin 1 ACM Template of kuangbin 3 数据结构 56 3.1 划分树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.2 RMQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.1 一维 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.2.2 二维 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.3 树链剖分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3.1 点权 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.3.2 边权 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.4 伸展树(splay tree) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4.1 例题:HDU1890 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4.2 例题:HDU3726 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.5 动态树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5.1 SPOJQTREE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.5.2 SPOJQTREE2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.5.3 SPOJQTREE4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.5.4 SPOJQTREE5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.5.5 SPOJQTREE6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.5.6 SPOJQTREE7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.5.7 HDU4010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.6 主席树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.6.1 查询区间多少个不同的数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.6.2 静态区间第 k 大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.6.3 树上路径点权第 k 大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.6.4 动态第 k 大 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3.7 Treap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.8 KD 树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.8.1 HDU4347 K 近邻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.8.2 CF44G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.8.3 HDU4742 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.9 替罪羊树 (ScapeGoat Tree) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.9.1 CF455D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.10 动态 KD 树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.11 树套树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.11.1 替罪羊树套 splay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 4 图论 130 4.1 最短路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.1.1 Dijkstra 单源最短路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.1.2 Dijkstra 算法 + 堆优化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 4.1.3 单源最短路 bellman_ford 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.1.4 单源最短路 SPFA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4.2 最小生成树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2.1 Prim 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2.2 Kruskal 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.3 次小生成树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 4.4 有向图的强连通分量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.4.1 Tarjan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.4.2 Kosaraju . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.5 图的割点、桥和双连通分支的基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 4.6 割点与桥 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.6.1 模板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 kuangbin 2 ACM Template of kuangbin 4.6.2 调用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.7 边双连通分支 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.8 点双连通分支 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.9 最小树形图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.10 二分图匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.10.1 邻接矩阵(匈牙利算法) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.10.2 邻接表(匈牙利算法) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.10.3 Hopcroft-Karp 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.11 二分图多重匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 4.12 二分图最大权匹配(KM 算法) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 4.13 一般图匹配带花树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 4.14 一般图最大加权匹配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.15 生成树计数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.16 最大流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.16.1 SAP 邻接矩阵形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.16.2 SAP 邻接矩阵形式 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 4.16.3 ISAP 邻接表形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 4.16.4 ISAP+bfs 初始化 + 栈优化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4.16.5 dinic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 4.16.6 最大流判断多解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.17 最小费用最大流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.17.1 SPFA 版费用流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.17.2 zkw 费用流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 4.18 2-SAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.18.1 染色法(可以得到字典序最小的解) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.18.2 强连通缩点法(拓扑排序只能得到任意解) . . . . . . . . . . . . . . . . 173 4.19 曼哈顿最小生成树 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 4.20 LCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4.20.1 dfs+ST 在线算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4.20.2 离线 Tarjan 算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4.20.3 LCA 倍增法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 4.21 欧拉路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.21.1 有向图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.21.2 无向图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 4.21.3 混合图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.22 树分治 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.22.1 点分治 -HDU5016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.22.2 * 点分治 -HDU4918 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.22.3 链分治 -HDU5039 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 5 搜索 205 5.1 Dancing Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 5.1.1 精确覆盖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 5.1.2 可重复覆盖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 5.2 八数码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 5.2.1 HDU1043 反向搜索 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6 动态规划 212 6.1 最长上升子序列 O(nlogn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.2 背包 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.3 插头 DP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 kuangbin 3 ACM Template of kuangbin 6.3.1 HDU 4285 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 7 计算几何 218 7.1 二维几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7.2 三维几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 7.3 平面最近点对 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.4 三维凸包 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.4.1 HDU4273 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 8 其他 249 8.1 高精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 8.2 完全高精度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 8.3 strtok 和 sscanf 结合输入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.4 解决爆栈,手动加栈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.5 STL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.5.1 优先队列 priority_queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.5.2 set 和 multiset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 8.6 输入输出外挂 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.7 莫队算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.7.1 分块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 8.7.2 Manhattan MST 的 dfs 顺序求解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 8.8 VIM 配置 .