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+# Lyndon 分解
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+## Lyndon 分解
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+首先我们介绍 Lyndon 分解的概念。
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+Lyndon 串：对于字符串 $s$，如果 $s$ 的字典序严格小于 $s$ 的所有后缀的字典序，我们称 $s$ 是简单串，或者**Lyndon 串**。举一些例子，$a$, $b$, $ab$, $aab$, $abb$, $ababb$, $abcd$ 都是 Lyndon 串。如果 $s$ 是 Lyndon 串，当且仅当 $s$ 的字典序严格小于它的所有非平凡的循环同构串。
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+Lyndon 分解：串 $s$ 的 Lyndon 分解记为 $s=w_1w_2\cdots w_k$，并且他们的字典序按照非严格单减排序，即 $w_1\ge w_2\ge\cdots\ge w_k$。可以发现，这样的分解存在且唯一。
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+## Duval 算法
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+Duval 可以在 $O(n)$ 的时间内求出一个串的 Lyndon 分解。
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+首先我们介绍另外一个概念：如果一个字符串 $t$ 能够分解为 $t=ww\cdots\overline{w}$ 的形式，其中 $w$ 是一个 Lyndon 串，而 $\overline{w}$ 是 $w$ 的前缀（$\overline{w}$ 可能是空串），那么称 $t$ 是近似简单串（pre-simple），或者近似 Lyndon 串。一个 Lyndon 串也是近似 Lyndon 串。
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+Duval 算法运用了贪心的思想。算法过程中我们把串 $s$ 分成三个部分 $s=s_1s_2s_3$，其中 $s_1$ 是一个 Lyndon 串，它的 Lyndon 分解已经记录；$s_2$ 是一个近似 Lyndon 串；$s_3$ 是未处理的部分。
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+整体描述一下，该算法每一次尝试将 $s_3$ 的首字符添加到 $s_2$ 的末尾。如果 $s_2$ 不再是近似 Lyndon 串，那么我们就可以将 $s_2$ 截出一部分前缀（即 Lyndon 分解）接在 $s_1$ 末尾。
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+我们来更详细地解释一下算法的过程。定义一个指针 $i$ 指向 $s_2$ 的末尾字符，则 $i$ 从 $1$ 遍历到 $n$（字符串长度）。在循环的过程中我们定义另一个指针 $j$ 指向 $s_3$ 的首字符，指针 $k$ 指向我们当前考虑的字符。我们的目标是将 $s[j]$ 添加到 $s_2$ 的末尾，这就需要将 $s[j]$ 与 $s[k]$ 做比较：
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+1. 如果 $s[j]=s[k]$，则将 $s[j]$ 添加到 $s_2$ 末尾不会影响它的近似简单性。于是我们只需要让指针 $j,k$ 自増（移向下一位）即可。
+2. 如果 $s[j]>s[k]$，那么 $s_2s[j]$ 就变成了一个 Lyndon 串，于是我们将指针 $j$ 自増，而让 $k$ 指向 $s_2$ 的首字符，这样下一个字符就会继续与 $s_2$ 的前缀做比较。
+3. 如果 $s[j]<s[k]$，则 $s_2s[j]$ 就不是一个近似简单串了，那么我们就要把 $s_2$ 分解出它的一个 Lyndon 子串，这个 Lyndon 子串的长度将是 $j-k$，然后把 $s_2$ 变成分解完以后剩下的部分，继续循环下去（注意，这个情况下我们没有改变指针 $j,k$）。
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+### 代码实现
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+下面的代码返回串 $s$ 的 Lyndon 分解方案。
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+```cpp duval_algorithm
+vector<string> duval(string const& s) {
+ int n = s.size(), i = 0;
+ vector<string> factorization;
+ while (i < n) {
+ int j = i + 1, k = i;
+ while (j < n && s[k] <= s[j]) {
+ if (s[k] < s[j]) k = i;
+ else k++;
+ j++;
+ }
+ while (i <= k) {
+ factorization.push_back(s.substr(i, j - k));
+ i += j - k;
+ }
+ }
+ return factorization;
+}
+```
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+### 复杂度分析
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+接下来我们估计一下这个算法的复杂度。
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+外层的循环次数不超过 $n$，因为每一次 $i$ 都会增加。第二个内层循环也是 $O(n)$ 的，因为它只记录 Lyndon 分解的方案。接下来我们分析一下内层循环。很容易发现，每一次在外层循环中找到的 Lyndon 串是比我们所比较过的剩余的串要长的，因此剩余的串的长度和要小于 $n$，于是我们最多在内层循环 $O(n)$ 次。事实上循环的总次数不超过 $4n-3$。
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+## 最小表示法（Finding the smallest cyclic shift）
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+对于长度为 $n$ 的串 $s$，我们可以通过上述算法寻找该串的最小表示法。
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+我们构建串 $ss$ 的 Lyndon 分解，然后寻找这个分解中的一个 Lyndon 串 $t$，使得它的起点小于 $n$ 且终点大于等于 $n$。可以证明，子串 $t$ 的首字符就是 $s$ 的最小表示法的首字符。即我们沿着 $t$ 的开头往后 $n$ 个字符组成的串就是 $s$ 的最小表示法。可以很容易地使用 Lyndon 分解的定义来证明。
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+于是我们在分解的过程中记录每一次的近似 Lyndon 串的开头即可。
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+So we get the following implementation:
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+```cpp smallest_cyclic_string
+string min_cyclic_string(string s) {
+ s += s;
+ int n = s.size();
+ int i = 0, ans = 0;
+ while (i < n / 2) {
+ ans = i;
+ int j = i + 1, k = i;
+ while (j < n && s[k] <= s[j]) {
+ if (s[k] < s[j]) k = i;
+ else k++;
+ j++;
+ }
+ while (i <= k) i += j - k;
+ }
+ return s.substr(ans, n / 2);
+}
+```
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+## 习题
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+- [UVA #719 - Glass Beads](https://uva.onlinejudge.org/index.php?option=onlinejudge&page=show_problem&problem=660)
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