P6292 区间本质不同子串个数

知识点：SAM，LCT，线段树

原题面：Luogu。

之前好像说过无限期停更来着……不管了！

简述

给定一长度为 $n$ 的字符串 $S$，给定 $m$ 次询问。每次询问给定参数 $l,r$，求由 $s$ 的第 $l$ 到第 $r$ 个字符组成的字符串包含多少个本质不同的子串。
定义两个字符串 $a,b$ 相同当且仅当 $|a|=|b|$ 且对于 $i\in[1,|a|]$ 都有 $a_i=b_i$。
$1\le n\le 10^5$，$1\le m\le 2\times 10^5$。
1S，500MB。

分析

一些约定：

记 $s$ 的第 $l$ 到第 $r$ 个字符组成的子串为 $s[l:r]$。
SAM 的状态 $u$ 的后缀链接为 $\operatorname{link}(u)$。其维护的字符串的终止集合为 $\operatorname{endpos}(u)$，其中最长串的长度为 $\operatorname{len}(u)$，。

算法一

先考虑最简单的暴力。

套路地考虑此类区间无重问题（P1972 [SDOI2009]HH的项链），离线询问并按右端点排序。之后枚举右端点，考虑新加入新字符的影响，并回答以枚举位置为右端点的询问。设当前枚举到的右端点为 $r$，某次询问的区间为 $[l,r]$。对于前缀 $s[1:r]$ 中的一个子串 $t$，当且仅当其最后一次出现位置的左端点 $p$ 满足 $p\ge l$ 时，它会对这次询问做出 1 的贡献。
由上，考虑维护一个权值数列。对于前缀 $s[1:r]$ 中的每种本质不同子串 $t$，记其最后一次出现位置的左端点为 $p$，令权值数列位置 $p$ 加 1。询问区间 $[l,r]$ 的答案即为权值数列对应区间的和。

考虑右端点 $r$ 右移一位的影响。发现仅会影响作为前缀 $s[1:r+1]$ 的后缀的子串的最后一次出现位置。又发现这些子串对应的状态恰好就是前缀 $s[1:r + 1]$ 的 SAM 上从 $s[1:r+1]$ 对应状态到根的链上的所有状态，于是考虑对每个 SAM 的状态 $u$ 维护其 $\operatorname{endpos}$ 集合中的最大值，即其中所有串最后一次出现位置的右端点，记为 $\operatorname{end}_u$。SAM 的每个状态对应子串的 $\operatorname{endpos}$ 集合相同，则同一状态所有串最后一次出现位置的左端点也构成了一段区间，即为 $[\operatorname{end}_u - \operatorname{len}(u) + 1, \operatorname{end}_u - \operatorname{len}(\operatorname{link} (u))]$。并且可以发现这些区间的并即为 $[1,r + 1]$。

考虑动态维护 SAM，在加入新字符后暴力跳 parent 树枚举所有被影响的串对应状态，更新它们最后一次出现位置的左端点对权值区间的贡献即可。权值数列可以使用线段树维护，单次右端点移动复杂度 $O(n\log n)$ 级别，总复杂度 $O((n^2 + m)\log n)$ 级别。

算法二

考虑上述算法中在 parent 树上进行了什么操作：

• 从链底暴力上跳，并对每个状态上对应区间进行区间减。
• 将链上每个节点的 $\operatorname{end}_u$ 都修改为 $r+1$。

瓶颈在于操作 1 中每个状态对应的区间不同，必须暴力上跳。但可以发现操作 1 类似 LCT 的 access 操作，操作 2 是以根为端点的链覆盖，考虑使用 LCT 维护 parent 树。

发现 parent 树是一棵有根树，且链覆盖操作一端点为根，仅需对被修改节点 access 成实链后即可直接进行覆盖。且根据此过程可知，一条实链所有状态的 $\operatorname{end}$ 均相同，它们影响的位置构成了一段连续区间，又 LCT 上一个点到根最多有 $\log n$ 级别个 splay，区间减的次数变为 $\log n$ 次，顺便削除了操作 1 造成的瓶颈。

但上述算法中存在一个漏洞。在动态维护 SAM 的过程中需要进行加边删边操作。在此过程中需要进行 access，破坏了上述链覆盖得到的“一条实链所有状态的 $\operatorname{end}$ 均相同”的优美性质。
但是可以发现根本没有必要动态维护 SAM。可以预先建立 SAM，并维护每个前缀对应的状态。令初始 LCT 中的边全为虚边，LCT 操作时对维护的前缀状态进行操作即可。由于每次链覆盖的对象，都是一段前缀的后缀，显然这样不会使得没有出现过的串做出贡献，可以保证正确性。

单次右端点移动复杂度变为 $O(\log^2 n)$ 级别，总复杂度 $O(n\log^2 n + m\log n)$ 级别。

代码

只需要 access 的 LCT 真是太好写辣！

算法二

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//知识点：SAM，LCT，线段树
/*
By:Luckyblock
*/
#include <algorithm>
#include <cctype>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#define LL long long
const int kN = 1e5 + 10;
//=============================================================
struct Que {
  int l, r, id;
} q[kN << 1];
int n, m, pos[kN];
LL ans[kN << 1];
char S[kN];
//=============================================================
inline int read() {
  int f = 1, w = 0;
  char ch = getchar();
  for (; !isdigit(ch); ch = getchar())
    if (ch == '-') f = -1;
  for (; isdigit(ch); ch = getchar()) w = (w << 3) + (w << 1) + (ch ^ '0');
  return f * w;
}
void Chkmax(int &fir, int sec) {
  if (sec > fir) fir = sec;
}
void Chkmin(int &fir, int sec) {
  if (sec < fir) fir = sec;
}
bool CMP(Que fir_, Que sec_) {
  return fir_.r < sec_.r;
}
namespace Seg {
  #define ls (now_<<1)
  #define rs (now_<<1|1)
  #define mid ((L_+R_)>>1)
  const int kNode = kN << 2;
  LL sum[kNode], tag[kNode];
  void Pushup(int now_) {
    sum[now_] = sum[ls] + sum[rs];
  }
  void Pushdown(int now_, int L_, int R_) {
    sum[ls] += 1ll * tag[now_] * (mid - L_ + 1);
    sum[rs] += 1ll * tag[now_] * (R_ - mid);
    tag[ls] += tag[now_];
    tag[rs] += tag[now_];
    tag[now_] = 0ll;
  }
  void Modify(int now_, int L_, int R_, int l_, int r_, LL val_) {
    if (l_ <= L_ and R_ <= r_) {
      sum[now_] += 1ll * (R_ - L_ + 1) * val_;
      tag[now_] += val_;
      return ;
    }
    Pushdown(now_, L_, R_);
    if (l_ <= mid) Modify(ls, L_, mid, l_, r_, val_);
    if (r_ > mid) Modify(rs, mid + 1, R_, l_, r_, val_);
    Pushup(now_);
  }
  LL Query(int now_, int L_, int R_, int l_, int r_) {
    if (l_ <= L_ and R_ <= r_) return sum[now_];
    Pushdown(now_, L_, R_);
    LL ret = 0;
    if (l_ <= mid) ret += Query(ls, L_, mid, l_, r_);
    if (r_ > mid) ret += Query(rs, mid + 1, R_, l_, r_);
    return ret;
  }
  #undef ls
  #undef rs
  #undef mid
}
namespace SAM {
  const int kNode = kN << 2;
  int node_num = 1, last = 1, tr[kNode][26], len[kNode], link[kNode];
  int end[kNode];
  void Insert(int ch_, int pos_) {
    int p = last, now = last = ++ node_num;
    pos[pos_] = now;
    len[now] = len[p] + 1;
    for (; p && !tr[p][ch_]; p = link[p]) tr[p][ch_] = now;
    if (!p) {
      link[now] = 1;
      return ;
    }
    
    int q = tr[p][ch_];
    if (len[q] == len[p] + 1) {
      link[now] = q;
      return ;
    }
 
    int newq = ++ node_num;
    memcpy(tr[newq], tr[q], sizeof (tr[q]));
    len[newq] = len[p] + 1;
    end[newq] = end[q];
    link[newq] = link[q], link[q] = link[now] = newq;
    for (; p && tr[p][ch_] == q; p = link[p]) tr[p][ch_] = newq;
  }
}
namespace LCT {
  #define f fa[now_]
  #define ls son[now_][0]
  #define rs son[now_][1]
  const int kNode = kN << 2;
  int fa[kNode], son[kNode][2], end[kNode], tag[kNode];
  void Modify(int now_, int val_) {
    if (!now_) return;
    end[now_] = tag[now_] = val_;
  }
  void Pushdown(int now_) {
    if (tag[now_]) Modify(ls, tag[now_]), Modify(rs, tag[now_]);
    tag[now_] = 0;
  }
  bool IsRoot(int now_) {
    return son[f][0] != now_ && son[f][1] != now_;
  }
  bool WhichSon(int now_) {
    return son[f][1] == now_;
  }
  void Rotate(int now_) {
    int fa_ = f, w = WhichSon(now_);
    if (!IsRoot(f)) son[fa[f]][WhichSon(f)] = now_;
    f = fa[f];
 
    son[fa_][w] = son[now_][w ^ 1];
    fa[son[fa_][w]] = fa_;
 
    son[now_][w ^ 1] = fa_;
    fa[fa_] = now_;
  }
  void Update(int now_) {
    if (!IsRoot(now_)) Update(f);
    Pushdown(now_);
  }
  void Splay(int now_) {
    Update(now_);
    for (; !IsRoot(now_); Rotate(now_)) {
      if (!IsRoot(f)) Rotate(WhichSon(f) == WhichSon(now_) ? f : now_);
    }
  }
  void Access(int pos_) {
    int last_ = 0, now_ = pos[pos_];
    for (; now_; last_ = now_, now_ = f) {
      Splay(now_), rs = last_;
      if (end[now_]) { //减去之前 end 的贡献
        Seg::Modify(1, 1, n, end[now_] - SAM::len[now_] + 1,
                             end[now_] - SAM::len[f], -1); //注意被修改区间
      }
    }
    Seg::Modify(1, 1, n, 1, pos_, 1); //
    Modify(last_, pos_); //链覆盖，更新 end
  }
}
 
void Init() {
  scanf("%s", S + 1);
  n = strlen(S + 1);
  m = read();
  for (int i = 1; i <= m; ++ i) q[i] = (Que) {read(), read(), i};
  std::sort(q + 1, q + m + 1, CMP);
  for (int i = 1; i <= n; ++ i) SAM::Insert(S[i] - 'a', i);
  for (int i = 1; i <= SAM::node_num; ++ i) LCT::fa[i] = SAM::link[i]; //初始时全为虚边
}
//=============================================================
int main() { 
  Init();
  for (int r = 1, i = 1; r <= n; ++ r) {
    LCT::Access(r);
    for (; q[i].r <= r && i <= m; ++ i) {
      ans[q[i].id] = Seg::Query(1, 1, n, q[i].l, q[i].r);
    }
  }
  for (int i = 1; i <= m; ++ i) printf("%lld\n", ans[i]);
  return 0; 
}

算法一

//知识点：SAM
/*
By:Luckyblock
*/
#include <algorithm>
#include <cctype>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#define LL long long
const int kN = 1e5 + 10;
//=============================================================
struct Que {
  int l, r, id;
} q[kN << 1];
int n, m;
LL ans[kN << 1];
char S[kN];
//=============================================================
inline int read() {
  int f = 1, w = 0;
  char ch = getchar();
  for (; !isdigit(ch); ch = getchar())
    if (ch == '-') f = -1;
  for (; isdigit(ch); ch = getchar()) w = (w << 3) + (w << 1) + (ch ^ '0');
  return f * w;
}
void Chkmax(int &fir, int sec) {
  if (sec > fir) fir = sec;
}
void Chkmin(int &fir, int sec) {
  if (sec < fir) fir = sec;
}
bool CMP(Que fir_, Que sec_) {
  return fir_.r < sec_.r;
}
namespace Seg {
  #define ls (now_<<1)
  #define rs (now_<<1|1)
  #define mid ((L_+R_)>>1)
  const int kNode = kN << 2;
  LL sum[kNode], tag[kNode];
  void Pushup(int now_) {
    sum[now_] = sum[ls] + sum[rs];
  }
  void Pushdown(int now_, int L_, int R_) {
    sum[ls] += 1ll * tag[now_] * (mid - L_ + 1);
    sum[rs] += 1ll * tag[now_] * (R_ - mid);
    tag[ls] += tag[now_];
    tag[rs] += tag[now_];
    tag[now_] = 0ll;
  }
  void Modify(int now_, int L_, int R_, int l_, int r_, LL val_) {
    if (l_ <= L_ and R_ <= r_) {
      sum[now_] += 1ll * (R_ - L_ + 1) * val_;
      tag[now_] += val_;
      return ;
    }
    Pushdown(now_, L_, R_);
    if (l_ <= mid) Modify(ls, L_, mid, l_, r_, val_);
    if (r_ > mid) Modify(rs, mid + 1, R_, l_, r_, val_);
    Pushup(now_);
  }
  LL Query(int now_, int L_, int R_, int l_, int r_) {
    if (l_ <= L_ and R_ <= r_) return sum[now_];
    Pushdown(now_, L_, R_);
    LL ret = 0;
    if (l_ <= mid) ret += Query(ls, L_, mid, l_, r_);
    if (r_ > mid) ret += Query(rs, mid + 1, R_, l_, r_);
    return ret;
  }
  void Debug(int now_, int L_, int R_) {
    if (L_ == R_) {
      printf("%lld ", sum[now_]);
      return ;
    }
    Pushdown(now_, L_, R_);
    Debug(ls, L_, mid), Debug(rs, mid + 1, R_);
  }
}
namespace SAM {
  const int kNode = kN << 2;
  int node_num = 1, last = 1, tr[kNode][26], len[kNode], link[kNode];
  int end[kNode];
  void Insert(int ch_) {
    int p = last, now = last = ++ node_num;
    len[now] = len[p] + 1;
    for (; p && !tr[p][ch_]; p = link[p]) tr[p][ch_] = now;
    if (!p) {
      link[now] = 1;
      return ;
    }
    
    int q = tr[p][ch_];
    if (len[q] == len[p] + 1) {
      link[now] = q;
      return ;
    }
 
    int newq = ++ node_num;
    memcpy(tr[newq], tr[q], sizeof (tr[q]));
    len[newq] = len[p] + 1;
    end[newq] = end[q];
    link[newq] = link[q], link[q] = link[now] = newq;
    for (; p && tr[p][ch_] == q; p = link[p]) tr[p][ch_] = newq;
  }
  void Modify(int pos_) {
    int u = last;
    for (; u != 1; u = link[u]) {
      if (end[u]) Seg::Modify(1, 1, n, end[u] - len[u] + 1, end[u] - len[link[u]], -1);
      end[u] = pos_;
    }
    Seg::Modify(1, 1, n, 1, pos_, 1);
  }
}
void Init() {
  scanf("%s", S + 1);
  n = strlen(S + 1);
  m = read();
  for (int i = 1; i <= m; ++ i) q[i] = (Que) {read(), read(), i};
  std::sort(q + 1, q + m + 1, CMP);
}
//=============================================================
int main() { 
  Init();
  for (int r = 1, i = 1; r <= n; ++ r) {
    SAM::Insert(S[r] - 'a');
    SAM::Modify(r);
    for (; q[i].r <= r && i <= m; ++ i) {
      ans[q[i].id] = Seg::Query(1, 1, n, q[i].l, q[i].r);
    }
  }
  for (int i = 1; i <= m; ++ i) printf("%lld\n", ans[i]);
  return 0; 
}