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C++后缀数组SA怎么用倍增法快速构建

轻浩吖_4195

轻浩吖_4195

发布时间:2026-10-05 13:02:00

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来源于php中文网

原创

倍增法构建后缀数组的核心逻辑是:以长度 $2^k$ 逐步倍增比较,每轮将后缀前 $2^k$ 字符拆分为两个 $2^{k-1}$ 段,利用上一轮已计算的 rank 值构成双关键字 $(\text{rank}[i], \text{rank}[i+k])$ 进行稳定计数排序,更新 sa 和 rank 数组,最终在 $O(n \log n)$ 时间内完成构造。

c++后缀数组sa怎么用倍增法快速构建

倍增法构建后缀数组的核心逻辑是什么

倍增法不是靠排序所有后缀字符串(那样是 O(n² log n)),而是按长度 2ᵏ 逐步比较:先按首字符排,再按前 2 个字符,再前 4 个……每次利用上一轮结果避免重复比较。关键在于,每个后缀的 2ᵏ 长度信息可拆成两个 2ᵏ⁻¹ 段——刚好对应上一轮已算好的 rank 值。

所以你真正要维护的是 sa(后缀起始位置数组)和 rank(每个位置开头的后缀当前排名),两者互为逆:满足 rank[sa[i]] == i。倍增每轮用 rank 快速生成新关键字对,再用计数排序重排 sa。

标准倍增实现里最容易错的三处细节

常见错误不是算法想错,而是边界或索引偏移写反:

  • sa 数组下标是排名(0-based 排名),值是原字符串下标(0-based 位置),但很多模板把 sa[0] 当作最小后缀位置——这没错,但后续用 rank 时若没初始化 rank[sa[i]] = i 就会全乱
  • 当计算长度为 2*k 的关键字对时,第二段起始位置是 i + k,一旦 i + k >= n,应设其 rank 为 -1(或 0,但必须统一小于所有合法 rank),否则计数排序会把越界位置排到前面
  • 计数排序必须稳定,且要倒序遍历 sa(从大到小),否则相同关键字的后缀顺序会被颠倒——这是倍增法正确性的硬性要求,不是优化项

一个极简可运行的倍增 SA 构建片段(C++17)

void build_sa(const string& s, vector<int>& sa) {
    int n = s.size();
    sa.resize(n);
    vector<int> rank(n), tmp(n);
    // 初始化:长度为 1
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        sa[i] = i;
        rank[i] = s[i];
    }
    for (int k = 1; k < n; k *= 2) {
        auto cmp = [&](int i, int j) {
            if (rank[i] != rank[j]) return rank[i] < rank[j];
            int ri = (i + k < n) ? rank[i + k] : -1;
            int rj = (j + k < n) ? rank[j + k] : -1;
            return ri < rj;
        };
        // 注意:这里仅示意逻辑,实际必须用计数排序,不能直接 sort
        // 正确做法是先按第二关键字排序(用桶),再按第一关键字稳定计数排序
        sort(sa.begin(), sa.end(), cmp);
        tmp[sa[0]] = 0;
        for (int i = 1; i < n; ++i) {
            tmp[sa[i]] = tmp[sa[i-1]] + (cmp(sa[i-1], sa[i]) ? 1 : 0);
        }
        rank.swap(tmp);
    }
}

⚠️ 这段用了 sort 仅用于理解结构;真实高性能版本必须手写双关键字计数排序(复杂度 O(n) 每轮),否则整体退化为 O(n log² n)。核心是:先按第二关键字(即 i+k 处 rank)分桶,再对每个桶内按第一关键字(rank[i])做前缀和式计数排序。

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什么时候不该用倍增法——性能与替代方案

倍增法时间 O(n log n),空间 O(n),适合 n ≤ 1e6 的一般场景。但它有明显短板:

  • 字符串含大量重复子串时,常数较大;rank 数组频繁更新导致缓存不友好
  • 无法在线构造;也不支持动态插入字符
  • 当 n 超过 5e6,DC3 或 SA-IS 更稳——前者理论 O(n),后者实测更快,但代码量翻倍
  • 如果只需求 height 数组(LCP),可考虑先建 SA 再用 Kasai 算法,别试图在倍增过程中“顺手”算 height,容易错且不省事

真正卡常时,连 memset 初始化都得按需清零,rank 和 tmp 数组复用比反复 new 更关键——这些细节不体现在公式里,但决定你能不能过 OJ 的 1s 时限。

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