Java 数组怎么实现使用前缀和数组(Prefix Sum)高效求解区间和查询

冬静酱_2455

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2026-08-25

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原创

java中前缀和数组可将区间和查询从o(n)降至o(1),预处理o(n);prefix[i]表示nums[0..i-1]之和,prefix[0]=0,递推式为prefix[i]=prefix[i-1]+nums[i-1]。

java 数组怎么实现使用前缀和数组(prefix sum)高效求解区间和查询

Java 中通过构建前缀和数组(Prefix Sum Array),可以把多次区间和查询的时间复杂度从 O(n) 降为 O(1),只需预处理一次 O(n) 时间。核心思想是:让 prefix[i] 表示原数组 nums[0..i-1] 的累加和(即前 i 个元素之和)。

构造前缀和数组

假设原数组为 int[] nums,长度为 n,我们定义长度为 n+1 的前缀和数组 int[] prefix = new int[n + 1],其中:

  • prefix[0] = 0(空区间和)
  • prefix[i] = nums[0] + nums[1] + ... + nums[i-1](i ≥ 1)
  • 递推公式:prefix[i] = prefix[i - 1] + nums[i - 1]

代码示例:

int[] nums = {2, 4, 1, 5, 3};
int n = nums.length;
int[] prefix = new int[n + 1];
for (int i = 1; i 

用前缀和快速计算任意区间和

要求 nums[left..right](含两端)的和,只需:

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  • sum(left, right) = prefix[right + 1] - prefix[left]
  • 因为 prefix[right + 1] 包含 nums[0..right],prefix[left] 包含 nums[0..left-1],相减即得 nums[left..right]

例如:求 nums[1..3](即 4 + 1 + 5 = 10):

int left = 1, right = 3;
int sum = prefix[right + 1] - prefix[left]; // prefix[4] - prefix[1] = 12 - 2 = 10

支持动态更新?注意局限性

标准前缀和数组适用于静态数组 + 多次查询场景。一旦原数组元素被修改,整个前缀和数组需重新构建(O(n)),不高效。

  • 若需频繁单点更新 + 区间查询,应改用 树状数组(Fenwick Tree) 或 线段树(Segment Tree)
  • 前缀和的优势在于实现极简、无额外依赖、缓存友好、常数小

封装成工具类提升复用性

可封装为一个轻量工具类,隐藏细节:

class PrefixSum {
    private final int[] prefix;
<pre class="brush:java;toolbar:false;">public PrefixSum(int[] nums) {
    int n = nums.length;
    this.prefix = new int[n + 1];
    for (int i = 1; i <p>}</p><p>// 使用
PrefixSum ps = new PrefixSum(new int[]{2, 4, 1, 5, 3});
System.out.println(ps.rangeSum(1, 3)); // 输出 10</p>

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