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C++后缀自动机SAM怎么构建并统计子串出现次数

浅明吖_5130

浅明吖_5130

发布时间:2026-10-08 14:59:47

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来源于php中文网

原创

构建SAM必须维护link和len,否则无法正确拓扑转移;link指向最长真后缀状态以支撑parent树计数,len标识该状态最长子串长度,二者在新建/克隆节点时必须显式设置且不可遗漏。

c++后缀自动机sam怎么构建并统计子串出现次数

构建 SAM 时必须维护 link 和 len,否则无法正确拓扑转移

构建 SAM 的核心是增量插入字符,每个新状态必须记录最长长度 len 和后缀链接 link。漏掉 link 就没法做 parent 树上的计数聚合。常见错误是只存了转移边(next 数组),却没在克隆节点或新建节点时同步设置 link 和 len。

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  • 用结构体封装每个状态:struct State { int len, link; map<char int> next; };</char>
  • 初始状态 last = 0,st[0].len = 0,st[0].link = -1;每次插入后更新 last
  • 克隆节点时:新节点 cur 的 len 必须设为 st[p].len + 1,不能直接拷贝 st[p].len
  • link 不是凭空连的——它指向的是当前字符串的最长真后缀所对应的状态,必须通过沿 link 回跳找到第一个满足 st[p].next[c] == q 的 p,再把 st[q].link = clone

统计每个子串出现次数得靠 cnt 数组 + 拓扑序反向累加

SAM 中每个状态代表一组 endpos 等价类,其 cnt 表示该状态对应的所有子串在原串中总共出现了多少次(即 endpos 集合大小)。但初始时只有叶子状态(即对应某个前缀结尾的位置)的 cnt 是 1,其余为 0;必须按 len 从大到小排序(即 parent 树的拓扑逆序),把每个状态的 cnt 加到 st[i].link 对应状态上。

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  • 建完 SAM 后,先用桶排序按 len 分组(因为 len 范围是 [0, n],O(n) 可排)
  • 倒序遍历所有状态索引:for (int i = sz; i > 0; i--) { int u = rk[i]; cnt[st[u].link] += cnt[u]; }
  • 注意:只有显式插入位置(即每次 last 指向的状态)才初始化 cnt[last] = 1;克隆出的状态 cnt 初始为 0
  • 最终 cnt[u] 就是状态 u 所代表的全部子串的总出现次数(不是单个子串,而是该 endpos 类里最短到最长的所有子串都共享这个值)

查某个具体子串 s 的出现次数?别遍历 SAM,直接走转移边匹配

SAM 本身不支持 O(1) 查任意子串频次;你得先确认 s 是否是原串子串,再拿到它终止的状态,然后取那个状态的 cnt 值。如果匹配中途失配(某步 st[p].next[c] 为空),说明 s 根本不出现在原串中,返回 0。

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  • 从初始状态 0 开始,逐字符走 next 边:p = st[p].next[c];若某步为 0(未初始化)或 -1(无效索引),立即返回 0
  • 走完所有字符后,p 就是代表 s 的状态(注意:前提是 s 在 SAM 中有唯一对应状态,而它一定落在某个状态的 [minlen, maxlen] 区间内)
  • 此时 cnt[p] 就是 s 的出现次数——但注意:这个值对所有属于同一 endpos 类的子串都一样,所以它确实就是 s 的出现次数
  • 不要试图用 len[p] 或 minlen 去修正,cnt[p] 已经是准确的

多次查询子串频次时,预处理 cnt 比每次重跑 DFS 快得多

有人会想:我每次查都从头跑一遍 parent 树 DFS 来算 cnt?不行。构建阶段只做一次拓扑累加,后续所有查询都复用这个 cnt 数组。否则时间复杂度退化成 O(n²),尤其当查询量大时完全不可接受。

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  • 构建完成后立刻执行一次桶排序 + 逆序累加,得到稳定可用的 cnt[]
  • 之后所有子串查询都是 O(|s|) 单次匹配,和 cnt 无关
  • 如果还要支持“长度为 L 的子串最多出现几次”,可以额外维护一个数组 max_cnt[L]:遍历所有状态,对每个状态 u,执行 max_cnt[st[u].len] = max(max_cnt[st[u].len], cnt[u]),但注意:更长的子串可能被更短的子串包含,所以通常要对 max_cnt 做后缀最大值处理
SAM 的关键复杂点不在构建逻辑本身,而在于理解 cnt[u] 统计的是整个 endpos 类的大小,不是某个特定子串的“独立计数”。很多人卡在这里,以为要对每个子串单独打标记,其实根本不需要——只要状态存在,cnt[u] 就已经包含了它所代表的所有子串的全局出现信息。

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