c++如何实现一个简单的后缀数组(Suffix Array)_c++字符串处理高级算法【源码】

c++kquote>后缀数组是字符串所有后缀按字典序排序后的起始下标数组;例如"ababa"的后缀数组为[4,0,2,1,3];可通过暴力法(O(n²log n))或倍增算法(O(n log²n))构建,后者利用rank数组分轮按长度倍增排序。

什么是后缀数组?

后缀数组(Suffix Array)是一个整数数组,存储字符串所有后缀按字典序排序后的起始下标。比如字符串 "ababa",它的5个后缀是:
"ababa"(0)、"baba"(1)、"aba"(2)、"ba"(3)、"a"(4)
按字典序排序后为:
"a"(4)、"ababa"(0)、"aba"(2)、"baba"(1)、"ba"(3)
所以后缀数组 SA = [4, 0, 2, 1, 3]

暴力法:适合理解原理

对长度为 n 的字符串,生*部 n 个后缀,用 std::sort 配合自定义比较函数排序即可。时间复杂度 O(n² log n),适用于 n ≤ 5000 的教学或小规模场景。

关键点:
- 后缀用 std::string_viewsubstr 避免拷贝
- 比较函数直接比后缀内容(不是下标)

  • std::vector 存下标索引
  • std::iota 初始化 [0,1,...,n-1]
  • 排序时捕获原字符串引用,避免重复构造

倍增算法:O(n log²n) 实用实现

核心思想是分轮排序:先按长度为 1 的前缀排,再按长度为 2 的前缀排,然后是 4、8……直到 ≥n。每轮用上一轮的排名作为“第一关键字”,右半段排名作为“第二关键字”,用基数排序或 std::sort 稳定排序。

简化版步骤(不写完整基数排序):
- 维护 rank[i] 表示以 i 开头的后缀在当前长度下的排名
- 每轮构造 pair,对所有合法 i 排序
- 重新编号得到新 rank,gap *= 2

注意:
- 边界处理:i+gap 超出范围时,第二关键字设为 -1(最小)
- rank 数组可复用,用 vector> 临时存键值对

完整可运行代码(倍增 + sort 优化版)

// 编译:g++ -std=c++17 sa.cpp

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

std::vector build_suffix_array(const std::string& s) { int n = s.size(); std::vector sa(n), rank(n), tmp_rank(n); for (int i = 0; i < n; ++i) { sa[i] = i; rank[i] = s[i]; }

for (int gap = 1; gap < n; gap *= 2) {
    auto cmp = [&](int i, int j) {
        if (rank[i] != rank[j]) return rank[i] < rank[j];
        int ri = (i + gap < n) ? rank[i + gap] : -1;
        int rj = (j + gap < n) ? rank[j + gap] : -1;
        return ri < rj;
    };
    std::sort(sa.begin(), sa.end(), cmp);

    tmp_rank[sa[0]] = 0;
    for (int i = 1; i < n; ++i) {
        tmp_rank[sa[i]] = tmp_rank[sa[i-1]] + (cmp(sa[i-1], sa[i]) ? 1 : 0);
    }
    rank.swap(tmp_rank);
}
return sa;

}

int main() { std::string s = "ababa"; auto sa = build_suffix_array(s); std::cout

小结与提醒

后缀数组本身只是排序结果,真正用起来常配合 height 数组(相邻后缀的 LCP)做字符串匹配、重复子串、最长回文子串等。这个版本没实现 height,但 SA 是基础。

实际项目中可考虑用现成库如 libdivsufsort,但手写倍增有助于吃透字符串算法逻辑。

基本上就这些 —— 不复杂但容易忽略边界和 rank 更新细节。