kmp算法求循环节
时间: 2025-07-06 07:07:34 浏览: 18
### KMP算法用于计算字符串的最小周期子串
KMP(Knuth-Morris-Pratt)算法不仅在字符串匹配中具有重要应用,还可以通过构建前缀函数来分析字符串的结构特征,例如识别字符串的最小周期子串。对于给定字符串 $ S $,其最小周期为 $ K $ 的定义是:字符串可以表示为某个子串 $ A $ 重复 $ K $ 次的形式,即 $ S = A^K $。
#### 计算最小周期的方法
1. **前缀函数(Prefix Function)**:
- 前缀函数数组 `pi` 的长度与字符串长度一致,其中 `pi[i]` 表示字符串从开始到位置 $ i $ 的子串的最长相等前缀和后缀的长度。
- 使用前缀函数可以快速判断字符串的周期性。
2. **利用前缀函数计算周期**:
- 对于长度为 $ N $ 的字符串,如果 $ N \mod (N - \text{pi}[N-1]) == 0 $,则该字符串存在周期 $ K = N / (N - \text{pi}[N-1]) $。
- 否则,字符串没有周期性,最小周期为 $ N $。
3. **代码实现**:
```cpp
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
vector<int> computePrefixFunction(const string& s) {
int n = s.size();
vector<int> pi(n, 0);
for (int i = 1; i < n; ++i) {
int j = pi[i - 1];
while (j > 0 && s[i] != s[j])
j = pi[j - 1];
if (s[i] == s[j])
j++;
pi[i] = j;
}
return pi;
}
int findMinimumPeriod(const string& s) {
int n = s.size();
vector<int> pi = computePrefixFunction(s);
int period = n;
if (n % (n - pi[n - 1]) == 0)
period = n - pi[n - 1];
return period;
}
int main() {
string s;
while (cin >> s) {
cout << "Minimum period of \"" << s << "\" is " << findMinimumPeriod(s) << endl;
}
return 0;
}
```
4. **复杂度分析**:
- 前缀函数的计算时间复杂度为 $ O(N) $,其中 $ N $ 是字符串长度。
- 最终周期计算的时间复杂度为 $ O(1) $,因此整体复杂度为线性时间 $ O(N) $ [^2]。
#### 示例解析
假设输入字符串为 `"ababab"`:
- 前缀函数数组为 `[0, 0, 1, 2, 3, 4]`。
- 根据公式 $ N - \text{pi}[N-1] = 6 - 4 = 2 $,且 $ 6 \mod 2 == 0 $,因此周期为 $ 6 / 2 = 3 $。
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