Алгоритм Крочемора — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
Строка 4: Строка 4:
 
}}
 
}}
  
'''Алгоритм Крочемора''' (англ. Crochemore algorithm) - алгоритм на строках, позволяющий найти все тандемные повторы в строке <tex>s[1..n]</tex> за <tex>O(n \cdot log (n))</tex>
+
'''Алгоритм Крочемора''' (англ. Crochemore algorithm) - алгоритм на строках, позволяющий найти все тандемные повторы в строке <tex>s[1..n]</tex> за <tex>O(n \log n)</tex>
  
 
= Алгоритм =
 
= Алгоритм =
  
Разобьем описание алгоритма на две части: сначала покажем упрощенный алгоритм, работающий за <tex>O(n^2)</tex>\, а затем попытаемся его оптимизировать до <tex>O(n \cdot log(n))</tex>
+
Разобьем описание алгоритма на две части: сначала покажем упрощенный алгоритм, работающий за <tex>O(n^2)</tex>\, а затем попытаемся его оптимизировать до <tex>O(n \log n)</tex>
  
 
== Упрощенный алгоритм ==
 
== Упрощенный алгоритм ==

Версия 18:39, 11 июня 2014

Определение:
Тандемным повтором (tandem repeat) в строке называются два вхождения какой-либо подстроки подряд. Иными словами, тандемный повтор описывается парой индексов [math]i \lt j[/math] такими, что подстрока [math]s[i \ldots j][/math] — это две одинаковые строки, записанные подряд.


Алгоритм Крочемора (англ. Crochemore algorithm) - алгоритм на строках, позволяющий найти все тандемные повторы в строке [math]s[1..n][/math] за [math]O(n \log n)[/math]

Алгоритм

Разобьем описание алгоритма на две части: сначала покажем упрощенный алгоритм, работающий за [math]O(n^2)[/math]\, а затем попытаемся его оптимизировать до [math]O(n \log n)[/math]

Упрощенный алгоритм

Рассмотрим следующую строку Фиббоначи:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
[math]f_6 = [/math] a b a a b a b a a b a a b


Будем вычислять все повторяющиеся подстроки длины [math]l[/math], где [math]l = 1 \ldots n - 1[/math]. Зная эти данные, мы автоматически находим все тандемные повторы.

Предположим, что в строке [math]f_6[/math] вычислены последовательности позиций, в которых встречаются одинаковые символы:

[math]l = 1[/math] <1, 3, 4, 6, 8, 9, 11, 12> <2, 5, 7, 10, 13>
a b

Если нам заранее известен алфавит и он индексирован, то мы можем выполнить данное вычисление за [math]O(n)[/math].

Далее для [math]l = 2[/math] мы хотим найти все повторяющиеся подстроки длины [math]2[/math]. Поскольку повторяющиеся подстроки длины [math]l \geq 2[/math] будут иметь общий префикс длиной [math]l - 1[/math], то вычисления уровня [math]l[/math] должны привести к последовательностям, которые будут подпоследовательностями последовательностей, вычисленных на уровне [math]l - 1[/math]. Другими словами, разбиение на уровне [math]l \geq 2[/math] — декомпозиция разбиения на уровне [math]l - 1[/math]:

Последовательная декомпозиция строки [math]f_6 = abaababaabaab[/math]
[math]l = 2[/math] <1, 4, 6, 9, 12> <3, 8, 11> <2, 5, 7, 10> <13>
ab aa ba b$
[math]l = 3[/math] <1, 4, 6, 9> <12> <3, 8, 11> <2, 7, 10> <5>
aba aa$ aab baa bab
[math]l = 4[/math] <1, 6, 9> <4> <3, 8> <11> <2, 7, 10>
abaa abab aaba aab$ baab
[math]l = 5[/math] <1, 6, 9> <3> <8> <2, 7> <10>
abaab aabab aabaa baaba baab$
[math]l = 6[/math] <1, 6> <9> <2> <7>
abaaba abaab$ baabab baabaa
[math]l = 7[/math] <1> <6>
abaabab abaabaa

Если реализовывать процесс декомпозиции "наивно", то поучаем сложность [math]O(n^2)[/math]

Оптимизация

Декомпозицию каждой последовательности можно получить косвенным путем, а не путем прямых вычислений. Идея такого подхода состоит в следующем: на каждом уровне [math]l[/math] выполняется непосредственная декомпозиция каждой последовательности [math]c^{(l)}_j[/math]. Более точно, если [math]c^{(l)}_j = \lt p_1, p_2, \ldots , p_r\gt [/math], то необходимо проверить совпадение букв [math]s[p_1 + l], s[p_2 + l], \ldots, s[p_r + l][/math], и, если какие-либо пары букв [math]s[p_i + l][/math] и [math]s[p_j + l][/math] равны, то [math]p_i[/math] и [math]p_j[/math] помещаются в одну и ту же последовательность на уровне [math]l + 1[/math].


Заметим, что декомпозицию можно выполнить, основываясь не на разбиваемой последовательности, а на последовательностях, относительно которых будут разбиваться другие последовательности.


Для каждой позиции [math]p_i \gt 1[/math] известно, что подстрока [math]s[p_i - 1 \ldots p_i + l - 1][/math] (длиной [math]l + 1[/math]) относится к некоторой последовательности [math]c^{(l + 1)}_{j'}[/math] на уровне [math]l + 1[/math]. Поскольку последовательность [math]c^{(l)}_{j}[/math] соответствует уникальной подстроке строки [math]s[/math], то каждая такая последовательность [math]c^{(l + 1)}_{j'}[/math] должна формироваться из тех же позиций [math]p_{i_1}, p_{i_2}, \ldots , p_{i_k}[/math] последовательности [math]c^{(l)}_{j}[/math], которые определяют класс эквивалентности [math]s[p_{i_1} - 1] = s[p_{i_2} - 1] = \ldots = s[p_{i_k} - 1][/math].


Таким образом, декомпозицию на уровне [math]l + 1[/math] можно выполнить косвенным путем, рассматривая каждую последовательность уровня [math]l[/math] с позиции, находящейся на [math]1[/math] левее от начальной позиции этой последовательности.

...

Псевдокод

Реализация

Источники