Изменения

Перейти к: навигация, поиск

Алгоритм Карккайнена-Сандерса

242 байта добавлено, 14:04, 21 марта 2020
Лишняя буква c в примере
=====База рекурсии=====
Если длина текущей строки <tex> S </tex> меньше двухравна двум, надо выполнить обычное сравнение суффиксов.
=====Суффиксный массив для нечетных суффиксов=====
# Отобразим исходную строку <tex> S ^* </tex> длины <tex> n </tex> в строку <tex> S' </tex> длины <tex> \dfrac{n}{2} </tex> следующим образом:#* Сделаем список, состоящий из пар символов вида <tex> S^*[i..i + 1] </tex>, где <tex> i \bmod 2 = 1 </tex>.
#* Отсортируем его цифровой сортировкой за линейное время и получим новый алфавит <tex> \Sigma' </tex>.
#* Перекодируем строку <tex> S^*[1..n] </tex> в алфавит <tex> \Sigma' </tex>, получив строку <tex> S' </tex> половинной длины.
# Рекурсивно построим суффиксный массив <tex> A_{S'} </tex>.
# Построим суффиксный массив <tex> A_{S_o} </tex>. Очевидно, <tex> A_{S_o}[i] = 2 A_{S'}[i] + 1 </tex>, так отношение упорядоченности любых двух строк в старом алфавите <tex> \Sigma </tex> эквивалентно отношению упорядоченности в новом алфавите <tex> \Sigma' </tex> по его построению.
На этом шаге мы за линейное время получим суффиксный массив <tex> A_{S_e} </tex> для четных суффиксов, используя уже построенный <tex> A_{S_o} </tex>.
Заметим, что сортировка множества четных суффиксов <tex> \{ S^*[i..n] | \mid i \bmod 2 = 0 \} </tex> аналогична сортировке множества пар <tex> \{ (S^*[i], S^*[i+1..n]) | \mid i \bmod 2 = 0 \} </tex>. Однако <tex> S^*[i+1..n] </tex> — нечетный суффикс, и его относительную позицию мы уже узнали на шаге 1.
Таким образом, чтобы отсортировать эти пары за линейное время, сначала сразу выпишем их в порядке возрастания второго элемента пары (то есть в порядке вхождения в массив <tex> A_{S_o} </tex>), а потом отсортируем устойчивой сортировкой подсчетом по первым элементам. После этого легко можно восстановить массив <tex> A_{S_e} </tex>:
M = []
'''for''' i = 0 '''to''' n/2 - 1:
M.add(Pair(S[<tex> A_{S_o}</tex>[i] - 1], <tex> A_{S_o}</tex>[i]))
stable_sortquick_stable_sort(M)
<tex> A_{S_e} </tex> = []
'''for''' i = 0 '''to''' n/2 - 1:
=====Слияние суффиксных массивов=====
Для суффиксного дерева третий шаг алгоритма опирается на специфические особенности суффиксных деревьев, которые не присущи суффиксным массивам<ref>M. Farach. Optimal suffix tree construction with large alphabets. http://www.cs.rutgers.edu/~farach/pubs/FarFerrMuthu00.pdf </ref> .
В случае [[Суффиксный массив|суффиксного массива ]] слияние становится очень сложным, но все же оно было реализовано в алгоритме Ким-Сим-Парк-Парка<ref> D. K. Kim, J. S. Sim, H. Park, and K. Park. Linear-time construction of suffix arrays. http://www.springerlink.com/content/568156021q45r320/</ref>. Однако простой модификацией алгоритма можно значительно упростить его.
=== Пример ===
=====Суффиксный массив для нечетных суффиксов=====
# В новом алфавите <tex> \Sigma' </tex> будет четыре элемента — '''ba''', '''bb''', '''a$''', '''$$'''. После сортировки они получат номера 2, 3, 1 и 0 соответственно.
# Переводим строку <tex>S^*[1..n] </tex> = '''babbbaa$$$''' в новый алфавит. Сжатой строкой <tex> S' </tex> будет '''23210'''.
# После рекурсивного вызова получим, что <tex> A_{S'} </tex> = [4, 3, 2, 0, 1], и <tex> A_{S_o} </tex> = [9, 7, 5, 1, 3].
=====Суффиксный массив для четных суффиксов=====
# Обойдя массив <tex> A_{S_o} </tex>, получим <tex> M </tex> = [('''<tex>\$'''</tex>, 9), ('''<tex>a'''</tex>, 7), ('''<tex>b'''</tex>, 5), ('''<tex>a'''</tex>, 1), ('''<tex>a'''</tex>, 3)].# После сортировки подсчетом по первому элементу, получим <tex> M </tex>= [('''<tex>\$'''</tex>, 9), ('''<tex>a'''</tex>, 7), ('''<tex>a'''</tex>, 1), ('''<tex>a'''</tex>, 3), ('''<tex>b'''</tex>, 5)].
# Восстановив массив <tex> A_{S_e} </tex>, получаем [8, 6, 0, 2, 4], что действительно является суффиксным массивом для четных суффиксов.
Получили асимптотическое уравнение <tex> T(n) = T\left(\dfrac23 n\right) + O(n) </tex>, решением которого также является <tex> T(n) = O(n) </tex> (это видно из того, что сумма геометрической прогрессии с основанием <tex> \dfrac23 </tex> равна <tex> 3 </tex>).
Аналогично первой версии алгоритма, дополним строку <tex> S </tex> до длины, кратной трем, защитными символами <tex> \$ </tex> и получим <tex>S^*</tex>.
* '''База рекурсии'''
* '''Суффиксный массив для позиций не кратных 3'''
На этом шаге строится суффиксный массив <tex> A_{S_{12}} </tex> для множества суффиксов <tex> \{ S^*[i..n-1] | \mid i \bmod 3 \ne 0 \} </tex>.
# Получим строку <tex> S' </tex> аналогично предыдущему алгоритму:
#* Сделаем список, состоящий из троек <tex> S^*[i..i+2]</tex> , где <tex> i \bmod 3 \ne 0 </tex>.
#* Отсортируем его за линейное время цифровой сортировкой и получим новый алфавит <tex> \Sigma' </tex>.
#* Перекодируем строку <tex> S^*[1..n]S^*[2..n+1] </tex> в строку <tex> S' </tex> длиной <tex> \dfrac23 n </tex> в алфавите <tex> \Sigma' </tex>. Тогда суффиксу <tex> S^*[i..n-1] </tex> в старом алфавите, где <tex> i \bmod 3 = 1 </tex>, в новом алфавите будет соответствовать строка <tex> S'\left[\dfrac{i-1}{3}..\dfrac{n}{3} - 1\right] </tex>, а если <tex> i\bmod 3 = 2 </tex>, то строка <tex> S'\left[\dfrac{n}{3} + \dfrac{i-2}{3}..\dfrac{2n}{3} - 1\right] </tex>.
# Вызовем алгоритм рекурсивно для строки <tex> S' </tex>, получив суффиксный массив <tex> A_{S'} </tex>.
# Пройдем по массиву <tex> A_{S'} </tex>. Если <tex> A_{S'}[i] < \dfrac{n}{3} </tex>, то этот суффикс соответствует позиции <tex> j = 3A_{S'}[i] + 1 </tex> в строке <tex> S </tex>, если же <tex> A_{S'}[i] \geqslant \dfrac{n}{3} </tex>, то этот суффикс соответствует позиции <tex> j = 3\left(A_{S'}[i] - \dfrac{n}{3}\right) + 2 </tex> в строке <tex> S ^* </tex>. Псевдокод получения <tex> A_{S_{12}} </tex>:
<tex> A_{S_{12}} </tex> = []
'''for''' i = 0 '''to''' <tex>A_{S'}</tex>.length - 1:
* '''Суффиксный массив для позиций кратных 3'''
Этот шаг также аналогичен первой версии алгоритма. Сортировка множества <tex> \{ S^*[i..n-1] | \mid i \bmod 3 = 0 \} </tex> аналогична сортировке пар <tex> \{ (S^*[i], S^*[i+1..n-1]) | \mid i \bmod 3 = 0 \} </tex>, где <tex> S^*[i+1..n-1] </tex> — суффиксы в позициях, равных 1 по модулю 3, относительный порядок которых уже известен. Выпишем эти пары в порядке вхождения их в <tex> A_{S_{12}} </tex> и отсортируем по первому элементу устойчивой сортировкой подсчетом, получив суффиксный массив <tex> A_{S_0} </tex>. Псевдокод этого шага:
<tex>A_{S_0}</tex> = []
'''for''' i = 0 '''to''' 2n/3 - 1:
'''if''' <tex> A_{S_{12}}</tex>[i] % 3 == 1:
M.add(Pair(S*[<tex>A_{S_{12}}</tex>[i] - 1], <tex>A_{S_{12}}</tex>[i]))
stable_sort(M)
'''for''' i = 0 '''to''' n/3 - 1:
Применим стандартный алгоритм слияния двух отсортированных массивов. Заметим, что явно массивы не отсортированы, но соответствующие элементам массива суффиксы — отсортированы.
Пусть на какой-то итерации слияния мы сравниваем суффиксы, соответствующие позициям <tex> i </tex>, равной 1 по модулю 3, и <tex> j </tex> (она всегда будет равна 0 по модулю 3). Это аналогично сравнению пар <tex> (S^*[i], S^*[i+1..n-1]) </tex> и <tex> (S^*[j], S^*[j+1..n-1]) </tex>. Сравнить первые элементы пар мы можем за <tex> O(1) </tex>, а относительный порядок вторых элементов пар нам уже известен, так как они соответствуют позициям, равным 2 и 1 по модулю 3 соответственно.
Аналогично, пусть на какой-то итерации слияния мы сравниваем суффиксы, соответствующие позициям <tex> i </tex>, равной 2 по модулю 3, и <tex> j </tex> (она всегда будет равна 0 по модулю 3). Тогда это аналогично сравнению троек <tex> (S^*[i], S^*[i+1], S^*[i+2..n-1]) </tex> и <tex> (S^*[j], S^*[j+1], S^*[j+2..n-1]) </tex>, что также можно делать за <tex> O(1) </tex>.
Псевдокод этой фазы:
<tex>A_{S}</tex> = []
<font color=green>// Вначале предподсчитаем за O(n) обратную перестановку для суффиксного массива <tex> A_{S_{12}}</tex>, то есть массив rank такой, что <tex> A_{S_{12}}</tex>[rank[i]] = i. // Тогда мы сможем за O(1) сравнивать суффиксы по их позиции.</font>
rank = inverse(<tex>A_{S_{12}}</tex>)
'''while''' i < 2 * n/3 '''and''' j < n/3:
pos0 = <tex> A_{0} </tex>[j]
'''if''' pos12 % 3 == 1:
''' if''' Pair(S*[pos12], rank[pos12 + 1]) < Pair(S*[pos0], rank[pos0 + 1]):
<tex>A_{S}</tex>.add(pos12)
i++
j++
'''else''':
'''if''' Triple(S*[pos12], S*[pos12 + 1], rank[pos12 + 2]) < Triple(S*[pos0], S*[pos0 + 1], rank[pos0 + 2]):
<tex>A_{S}</tex>.add(pos12)
i++
Построим суффиксный массив для строки '''abbacab'''. После добавления защитного символа и дополнения до кратной трем длины, получим '''abbacab$$'''.
* '''Суффиксный массив для позиций не кратных 3'''
# Тройками, соответствующими равными 1 по модулю 3 позициям, будут: '''bba''', '''cab''', '''$$$''', соответствующими равным 2 по модулю 3 — '''bac''', '''cabab$''', '''$$$'''. Новый алфавит <tex> \Sigma' </tex> будет содержать элементы '''bba''', '''cab''', '''$$$''', '''bac''', '''ab$''', которые после сортировки получат номера 3, 4, 0, 2, 1 соответственно.
# Строкой '''bbacab$$$bacab$$$$''' в новом алфавите <tex> \Sigma' </tex> будет <tex> S' </tex> = 340210.
# После рекурсивного вызова получим <tex> A_{S'} </tex> = [5, 2, 4, 3, 0, 1]. Пересчитав <tex> A_{S_{12}} </tex>, получим [(5 - 3)*3 + 2, 2 * 3 + 1, (4 - 3) * 3 + 2, (3 - 3) * 3 + 2, 0 * 3 + 1, 1 * 3 + 1] = [8, 7, 5, 2, 1, 4].
* '''Слияние суффиксных массивов'''
Рассмотрим, к примеру, третью итерацию слияния, к этой итерации массив <tex> A_{S} </tex> = [8, 7], <tex> i </tex> = 2, <tex> j </tex> = 0, на ней мы сливаем суффиксы, соответствующие позициям 5 и 0.
# Образуем тройки <tex>(S^*[5], S^*[6], S^*[7..8]) </tex> и <tex>(S^*[0], S^*[1], S^*[2..8])</tex>.
# После получения относительного порядка суффиксов, получим тройки ('''a''', '''b''', 1) и ('''a''', '''b''', 3). Первая тройка меньше второй, поэтому добавляем суффикс, соответствующий позиции 5 в массив <tex> A_{S} </tex>.
# В конце итерации получаем <tex> A_{S} </tex> = [8, 7, 5], <tex> i </tex> = 3, <tex> j </tex> = 0.
|style="background-color:#FFF;padding:2px 30px"| <tex> cab\$\$ </tex>
|}
Заметим, что №9 № 9 будет выброшен, так как в начале алгоритма был добавлен один <tex> \$ </tex> к строке
{|
|}
== Получение массива LCP Обобщение алгоритма ==
Массив LCP можно получить за линейное время [[Алгоритм_Касаи_и_др. | алгоритмом Касаи]].
== Обобщение алгоритма ==
На самом деле, алгоритм можно обобщить<ref name="generalisation"> Juha Kärkkäinen, Peter Sanders and Stefan Burkhardt. Linear work suffix array construction. http://www.cs.helsinki.fi/juha.karkkainen/publications/jacm05-revised.pdf </ref>, взяв на первом шаге, к примеру, суффиксы, позиции которых по модулю 7 дают 3, 5 и 6. Для этого потребуются некоторое усложнение алгоритма, например, сортировка оставшихся суффиксов в нескольких группах на шаге 2 и слияние нескольких групп на шаге 3, но основная идея алгоритма остается той же. Множества, которые можно выбрать, на первом шаге определяются '''разностным покрытием''' (''difference cover'').
{{Определение
|definition=
'''Разностное покрытие''' (англ. ''difference cover'') <tex> D </tex> по модулю <tex>m </tex> — множество чисел от <tex>0</tex> до <tex>m - 1 </tex> таких, что <tex> \forall i \in [0, m-1]: \exists j, k \in D: i \equiv k - j \pmod m </tex>.
}}
Например, <tex> \{1, 2\} </tex> является разностным покрытием по модулю <tex> 3 </tex>, <tex> \{3, 5, 6\} </tex> является разностным покрытием по модулю <tex> 7 </tex>, а <tex> \{1\} </tex> — не является разностным покрытием по модулю <tex> 2 </tex>, поэтому этот алгоритм не применим к нему. Подробнее узнать, как вычислять разностное покрытие для заданного модуля можно также здесь<ref name="generalisation"/>.
Анонимный участник

Навигация