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ローリングハッシュ
(cpp/rolling-hash.hpp)
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- Include:
#include "cpp/rolling-hash.hpp"
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#pragma once
#include <string>
#include <vector>
#include <random>
#include <cassert>
#include <string_view>
#include <type_traits>
#include "traits.hpp"
struct RHString;
/**
* @brief ローリングハッシュ
*
* ビット演算に寄る高速化のためハッシュはMOD = 2^61-1で計算される
*
* 10^8個くらいなら99%の確率で衝突する組が存在しない
*/
class RollingHash {
constexpr static unsigned long long MASK30 = (1ULL << 30) - 1;
constexpr static unsigned long long MASK31 = (1ULL << 31) - 1;
constexpr static unsigned long long MOD = (1ULL << 61) - 1;
// a < MOD, b < MOD必須
constexpr static unsigned long long add(unsigned long long a, unsigned long long b) {
if((a += b) >= MOD) a -= MOD;
return a;
}
// a < MOD, b < MOD必須
constexpr static unsigned long long mul(unsigned long long a, unsigned long long b) {
__uint128_t c = static_cast<__uint128_t>(a) * b;
return add(static_cast<unsigned long long>(c >> 61), static_cast<unsigned long long>(c & MOD));
}
void expand(int n) {
while(static_cast<int>(power.size()) <= n) power.push_back(mul(power.back(), base));
}
public:
unsigned int base; //!< ハッシュの基数
std::vector<unsigned long long> power; //!< baseの累乗
/**
* @brief コンストラクタ
*
* @param base ハッシュの基数 省略するとランダム
*/
RollingHash(unsigned int base = 0) : base(base) {
if(base == 0) {
std::mt19937 mt(std::random_device{}());
this->base = std::uniform_int_distribution<unsigned int>(129, ~0U)(mt);
}
power = {1};
}
/**
* @brief 配列/文字列のイテレータ間のハッシュの計算(O(N))
*
* @tparam It イテレータ
* @param first 配列の開始イテレータ
* @param last 配列の終了イテレータ
* @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各要素数分のハッシュ
*/
template <typename It>
std::vector<unsigned long long> build(It first, It last) {
std::vector<unsigned long long> res;
if constexpr (std::is_convertible_v<typename std::iterator_traits<It>::iterator_category, std::random_access_iterator_tag>) {
res.reserve(last - first + 1);
}
res.push_back(0);
for(; first != last; ++first) {
res.push_back(add(mul(res.back(), base), *first));
}
return res;
}
/**
* @brief 配列/文字列全体のハッシュの計算(O(N))
*
* @param s 配列/文字列
* @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各文字数分のハッシュ
*/
template <typename R>
std::vector<unsigned long long> build(R&& s) {
using std::begin, std::end;
return build(begin(s), end(s));
}
/**
* @brief [l,r)のハッシュの計算(O(1))
*
* @param hash 先頭からのハッシュ
* @param l 区間の左端
* @param r 区間の右端
* @return unsigned long long [l,r)のハッシュ
*/
unsigned long long query(const std::vector<unsigned long long>& hash, int l, int r) {
expand(r - l);
return add(hash[r], MOD - mul(hash[l], power[r-l]));
}
friend RHString;
};
/**
* @brief ローリングハッシュによって管理される文字列型
*/
struct RHString {
RollingHash& rh;
size_t sz;
unsigned long long hash1; //!< 正順
unsigned long long hash2; //!< 逆順
/**
* @brief コンストラクタ
* 予めRollingHashをインスタンス化しておく必要がある
*/
RHString(RollingHash& rh) : rh(rh), sz(0), hash1(0), hash2(0) {}
RHString(RollingHash& rh, size_t sz, unsigned long long hash1, unsigned long long hash2) : rh(rh), sz(sz), hash1(hash1), hash2(hash2) {}
RHString(const RHString& o) : rh(o.rh), sz(o.sz), hash1(o.hash1), hash2(o.hash2) {}
/**
* @brief vectorなどで初期化する
*/
template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString(RollingHash& rh, R&& v) : rh(rh) {
using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
sz = std::distance(begin(v), end(v));
hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
}
/**
* @brief charやunsigned long longなどで初期化する
*/
template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString(RollingHash& rh, T&& x) : rh(rh) {
sz = 1;
hash1 = x;
hash2 = x;
}
/**
* @brief 文字列(string, const char*, string_view)で初期化する
*/
RHString(RollingHash& rh, std::string_view s) : rh(rh) {
sz = std::distance(s.begin(), s.end());
hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
}
/**
* @brief 回文か否か
*/
bool is_palindrome() const {
return hash1 == hash2;
}
size_t size() const {
return sz;
}
void clear() {
sz = 0;
hash1 = 0;
hash2 = 0;
}
bool empty() const {
return sz == 0;
}
RHString& operator+=(const RHString& o) {
assert(&rh == &o.rh);
rh.expand(sz);
rh.expand(o.sz);
hash1 = rh.add(rh.mul(hash1, rh.power[o.sz]), o.hash1);
hash2 = rh.add(hash2, rh.mul(o.hash2, rh.power[sz]));
sz += o.sz;
return *this;
}
/**
* @brief 再代入する
* RollingHashは同じものである必要がある
*/
void assign(const RHString& o) {
assert(&rh == &o.rh);
sz = o.sz;
hash1 = o.hash1;
hash2 = o.hash2;
}
/**
* @brief vectorなどを再代入する
*/
template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
void assign(R&& v) {
using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
sz = std::distance(begin(v), end(v));
hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
}
/**
* @brief charやunsigned long longなどを再代入する
*/
template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
void assign(T&& x) {
sz = 1;
hash1 = x;
hash2 = x;
}
/**
* @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
*/
void assign(std::string_view s) {
sz = std::distance(s.begin(), s.end());
hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
}
/**
* @brief 再代入する
* RollingHashは同じものである必要がある
*/
RHString& operator=(const RHString& o) {
assign(o);
return *this;
}
/**
* @brief vectorなどを再代入する
*/
template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString& operator=(R&& v) {
assign(v);
return *this;
}
/**
* @brief charやunsigned long longなどを再代入する
*/
template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString& operator=(T&& x) {
assign(x);
return *this;
}
/**
* @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
*/
RHString& operator=(std::string_view s) {
assign(s);
return *this;
}
friend RHString operator+(const RHString& t1, const RHString& t2) {
RHString ret = t1;
ret += t2;
return ret;
}
friend bool operator==(const RHString& t1, const RHString& t2) {
assert(&t1.rh == &t2.rh);
return t1.sz == t2.sz && t1.hash1 == t2.hash1 && t1.hash2 == t2.hash2;
}
friend bool operator!=(const RHString& t1, const RHString& t2) { return !(t1 == t2); }
};#line 2 "cpp/rolling-hash.hpp"
#include <string>
#include <vector>
#include <random>
#include <cassert>
#include <string_view>
#include <type_traits>
#line 2 "cpp/traits.hpp"
#include <iterator>
#line 5 "cpp/traits.hpp"
#include <utility>
namespace detail {
using std::begin, std::end;
template <class T, class = void>
struct is_range_impl : std::false_type {};
template <class T>
struct is_range_impl<T, std::void_t<decltype(begin(std::declval<T&>()), end(std::declval<T&>()))>> : std::true_type {};
} // namespace detail
template <class T>
struct is_range : detail::is_range_impl<T>::type {};
template <class T>
inline constexpr bool is_range_v = is_range<T>::value;
#line 11 "cpp/rolling-hash.hpp"
struct RHString;
/**
* @brief ローリングハッシュ
*
* ビット演算に寄る高速化のためハッシュはMOD = 2^61-1で計算される
*
* 10^8個くらいなら99%の確率で衝突する組が存在しない
*/
class RollingHash {
constexpr static unsigned long long MASK30 = (1ULL << 30) - 1;
constexpr static unsigned long long MASK31 = (1ULL << 31) - 1;
constexpr static unsigned long long MOD = (1ULL << 61) - 1;
// a < MOD, b < MOD必須
constexpr static unsigned long long add(unsigned long long a, unsigned long long b) {
if((a += b) >= MOD) a -= MOD;
return a;
}
// a < MOD, b < MOD必須
constexpr static unsigned long long mul(unsigned long long a, unsigned long long b) {
__uint128_t c = static_cast<__uint128_t>(a) * b;
return add(static_cast<unsigned long long>(c >> 61), static_cast<unsigned long long>(c & MOD));
}
void expand(int n) {
while(static_cast<int>(power.size()) <= n) power.push_back(mul(power.back(), base));
}
public:
unsigned int base; //!< ハッシュの基数
std::vector<unsigned long long> power; //!< baseの累乗
/**
* @brief コンストラクタ
*
* @param base ハッシュの基数 省略するとランダム
*/
RollingHash(unsigned int base = 0) : base(base) {
if(base == 0) {
std::mt19937 mt(std::random_device{}());
this->base = std::uniform_int_distribution<unsigned int>(129, ~0U)(mt);
}
power = {1};
}
/**
* @brief 配列/文字列のイテレータ間のハッシュの計算(O(N))
*
* @tparam It イテレータ
* @param first 配列の開始イテレータ
* @param last 配列の終了イテレータ
* @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各要素数分のハッシュ
*/
template <typename It>
std::vector<unsigned long long> build(It first, It last) {
std::vector<unsigned long long> res;
if constexpr (std::is_convertible_v<typename std::iterator_traits<It>::iterator_category, std::random_access_iterator_tag>) {
res.reserve(last - first + 1);
}
res.push_back(0);
for(; first != last; ++first) {
res.push_back(add(mul(res.back(), base), *first));
}
return res;
}
/**
* @brief 配列/文字列全体のハッシュの計算(O(N))
*
* @param s 配列/文字列
* @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各文字数分のハッシュ
*/
template <typename R>
std::vector<unsigned long long> build(R&& s) {
using std::begin, std::end;
return build(begin(s), end(s));
}
/**
* @brief [l,r)のハッシュの計算(O(1))
*
* @param hash 先頭からのハッシュ
* @param l 区間の左端
* @param r 区間の右端
* @return unsigned long long [l,r)のハッシュ
*/
unsigned long long query(const std::vector<unsigned long long>& hash, int l, int r) {
expand(r - l);
return add(hash[r], MOD - mul(hash[l], power[r-l]));
}
friend RHString;
};
/**
* @brief ローリングハッシュによって管理される文字列型
*/
struct RHString {
RollingHash& rh;
size_t sz;
unsigned long long hash1; //!< 正順
unsigned long long hash2; //!< 逆順
/**
* @brief コンストラクタ
* 予めRollingHashをインスタンス化しておく必要がある
*/
RHString(RollingHash& rh) : rh(rh), sz(0), hash1(0), hash2(0) {}
RHString(RollingHash& rh, size_t sz, unsigned long long hash1, unsigned long long hash2) : rh(rh), sz(sz), hash1(hash1), hash2(hash2) {}
RHString(const RHString& o) : rh(o.rh), sz(o.sz), hash1(o.hash1), hash2(o.hash2) {}
/**
* @brief vectorなどで初期化する
*/
template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString(RollingHash& rh, R&& v) : rh(rh) {
using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
sz = std::distance(begin(v), end(v));
hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
}
/**
* @brief charやunsigned long longなどで初期化する
*/
template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString(RollingHash& rh, T&& x) : rh(rh) {
sz = 1;
hash1 = x;
hash2 = x;
}
/**
* @brief 文字列(string, const char*, string_view)で初期化する
*/
RHString(RollingHash& rh, std::string_view s) : rh(rh) {
sz = std::distance(s.begin(), s.end());
hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
}
/**
* @brief 回文か否か
*/
bool is_palindrome() const {
return hash1 == hash2;
}
size_t size() const {
return sz;
}
void clear() {
sz = 0;
hash1 = 0;
hash2 = 0;
}
bool empty() const {
return sz == 0;
}
RHString& operator+=(const RHString& o) {
assert(&rh == &o.rh);
rh.expand(sz);
rh.expand(o.sz);
hash1 = rh.add(rh.mul(hash1, rh.power[o.sz]), o.hash1);
hash2 = rh.add(hash2, rh.mul(o.hash2, rh.power[sz]));
sz += o.sz;
return *this;
}
/**
* @brief 再代入する
* RollingHashは同じものである必要がある
*/
void assign(const RHString& o) {
assert(&rh == &o.rh);
sz = o.sz;
hash1 = o.hash1;
hash2 = o.hash2;
}
/**
* @brief vectorなどを再代入する
*/
template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
void assign(R&& v) {
using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
sz = std::distance(begin(v), end(v));
hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
}
/**
* @brief charやunsigned long longなどを再代入する
*/
template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
void assign(T&& x) {
sz = 1;
hash1 = x;
hash2 = x;
}
/**
* @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
*/
void assign(std::string_view s) {
sz = std::distance(s.begin(), s.end());
hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
}
/**
* @brief 再代入する
* RollingHashは同じものである必要がある
*/
RHString& operator=(const RHString& o) {
assign(o);
return *this;
}
/**
* @brief vectorなどを再代入する
*/
template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString& operator=(R&& v) {
assign(v);
return *this;
}
/**
* @brief charやunsigned long longなどを再代入する
*/
template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
RHString& operator=(T&& x) {
assign(x);
return *this;
}
/**
* @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
*/
RHString& operator=(std::string_view s) {
assign(s);
return *this;
}
friend RHString operator+(const RHString& t1, const RHString& t2) {
RHString ret = t1;
ret += t2;
return ret;
}
friend bool operator==(const RHString& t1, const RHString& t2) {
assert(&t1.rh == &t2.rh);
return t1.sz == t2.sz && t1.hash1 == t2.hash1 && t1.hash2 == t2.hash2;
}
friend bool operator!=(const RHString& t1, const RHString& t2) { return !(t1 == t2); }
};