有限状态自动机

有限状态自动机是一个编程的模型,有若干个状态,和一个状态转移的规则,首先你在一个初始状态上,然后外部会有一系列的输入,转移规则根据你所在的状态和输入确定你的下一步状态。如果规则只产生一个下一步状态,那就是确定有限状态机(dfa)。也有可能转移到多个状态,那就变成了非确定有限状态机了(nfa)。

我最先接触这个是通过正则表达式。一个正则表达式可以对应到一个nfa,*规则其实就是转移到原来状态并且无条件转移到下一个状态,.规则就是匹配任何一个字母,转移到下一个状态。

正则的匹配也可以通过搜索来完成,可是复杂度非常之高,状态机也可以看做是对搜索的一种剪枝优化,状态机的每一个状态对应搜索树的节点,相对于暴力搜索,状态机合并了一些子情况相同的节点从而节省了大量的时间。

后来我就重温了kmp,他是一种确定有限状态自动机,规则非常有意思:状态N有两种转移方式,一种转移到N+1,另一种转移到m,满足0到N这个子串上头m个字符串和末尾m个字符串相等。两个字符串可以重叠,可是m不能是N因为当m和N相等,这两个字符串就是同一个字符串,并没有什么意义。

kmp有一个很神奇,也令我费解的地方,那就是构造自动机代码和转移状态的代码惊人相似,我觉得其中必有蹊跷。

有了上面的了解,就可以理解ac自动机了,kmp就是一个ac自动机的简化版,不同的是kmp中的结构是字符串,而ac自动机中的结构是字典树。kmp只能转移到自身的子串,而ac自动机可以转移到字典树上的别的串上去。所以构造起来比较复杂,使用上和kmp是一样一样的。