算法训练Day8 LeetCode344. 反转字符串(双指针)；541. 反转字符串II(模拟）；offer5. 替换空格(双指针后序)；151.反转字符串中的单词(综合)；off58.左旋字符串

代码随想录算法训练营Day8| LeetCode344. 反转字符串(双指针)；541. 反转字符串II(模拟）；offer5. 替换空格(双指针后序)；151.反转字符串中的单词(综合)；off58.左旋字符串

今天尝试先自己想，然后看题解。发现有些题虽然能想出来大概的思路，但是反映到代码中就是各种不注意边界条件，要各种加判断以及多次debug才能通过，还是要多多学习一个。

LeetCode344. 反转字符串

344. 反转字符串 - 力扣（LeetCode）

头尾指针的方法，在不申请额外空间的条件下可以直接在数组内部完成反转。虽然在卡哥提到的链表的反转，不过我觉得还是不太像。链表反转的要点是对于单链表，如何让当前的节点指向之前的节点，还不能把指针给指丢了。对于字符串的反转，记住用头尾指针的方法就可以了。还有就是熟悉用位运算交换元素的方法。

根据提示自己的写法：

class Solution {
public:
    void reverseString(vector<char>& s) {
        int head = 0;
        int tail = s.size() - 1;
        while (head < tail) {
            s[head] = s[head]^s[tail];
            s[tail] = s[head]^s[tail];
            s[head] = s[head]^s[tail];
            head++, tail--;
        }
    }
};

代码随想录中的解释：

对于字符串，我们定义两个指针（也可以说是索引下标），一个从字符串前面，一个从字符串后面，两个指针同时向中间移动，并交换元素。

以字符串hello为例，过程如下：

不难写出如下C++代码:

void reverseString(vector<char>& s) {
    for (int i = 0, j = s.size() - 1; i < s.size()/2; i++, j--) {
        swap(s[i],s[j]);
    }
}

541. 反转字符串II

541. 反转字符串 II - 力扣（LeetCode）

要点是i每次增长2*k，我就是觉得按k增长，搞了半天，看了提示才知道。还有就是i和s.length()在数轴上的关系。

感觉这道题不涉及什么算法，主要就是coding的问题。

代码随想录的解析：

其实在遍历字符串的过程中，只要让 i += (2 * k)，i 每次移动 2 * k 就可以了，然后判断是否需要有反转的区间。

因为要找的也就是每2 * k 区间的起点，这样写，程序会高效很多。

所以当需要固定规律一段一段去处理字符串的时候，要想想在在for循环的表达式上做做文章。

使用C++库函数reverse的版本如下：

class Solution {
public:
    string reverseStr(string s, int k) {
        for (int i = 0; i < s.size(); i += (2 * k)) {
            // 1. 每隔 2k 个字符的前 k 个字符进行反转
            // 2. 剩余字符小于 2k 但大于或等于 k 个，则反转前 k 个字符
            if (i + k <= s.size()) {
                reverse(s.begin() + i, s.begin() + i + k );
            } else {
                // 3. 剩余字符少于 k 个，则将剩余字符全部反转。
                reverse(s.begin() + i, s.end());
            }
        }
        return s;
    }
};

另一种思路的解法：

class Solution {
public:
    string reverseStr(string s, int k) {
        int n = s.size(),pos = 0;
        while(pos < n){
            //剩余字符串大于等于k的情况
            if(pos + k < n) reverse(s.begin() + pos, s.begin() + pos + k);
            //剩余字符串不足k的情况 
            else reverse(s.begin() + pos,s.end());
            pos += 2 * k;
        }
        return s;
    }
};

剑指offer5. 替换空格

剑指 Offer 05. 替换空格 - 力扣（Leetcode）

申请额外空间的就没啥好说的了。如果要不申请辅助空间，要点就是先扩容，然后从后向前遍历。有点像移除数组中的元素的思想，都是用两个指针来模拟两个数组，一个是指向旧数组中的每个元素，一个指向新的。但是要记住从后向前，因为从前向后将导致重复操作当前位置后面的元素，导致时间复杂度从O(n)退化到O(n²)。

代码随想录的解析：

首先扩充数组到每个空格替换成"%20"之后的大小。

然后从后向前替换空格，也就是双指针法，过程如下：

i指向新长度的末尾，j指向旧长度的末尾。

从前向后填充就是O(n^2)的算法了，因为每次添加元素都要将添加元素之后的所有元素向后移动。

其实很多数组填充类的问题，都可以先预先给数组扩容带填充后的大小，然后在从后向前进行操作。

这么做有两个好处：

1. 不用申请新数组。
2. 从后向前填充元素，避免了从前先后填充元素要来的 每次添加元素都要将添加元素之后的所有元素向后移动。

C++代码如下：

class Solution {
public:
    string replaceSpace(string s) {
        int count = 0; // 统计空格的个数
        int sOldSize = s.size();
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (s[i] == ' ') {
                count++;
            }
        }
        // 扩充字符串s的大小，也就是每个空格替换成"%20"之后的大小
        s.resize(s.size() + count * 2);
        int sNewSize = s.size();
        // 从后先前将空格替换为"%20"
        for (int i = sNewSize - 1, j = sOldSize - 1; j < i; i--, j--) {
            if (s[j] != ' ') {
                s[i] = s[j];
            } else {
                s[i] = '0';
                s[i - 1] = '2';
                s[i - 2] = '%';
                i -= 2;
            }
        }
        return s;
    }
};

我自己做的时候，用的是j>=0这个判断条件，也通过了测试，原理应该是都一样的。

for(int i = newSize-1, j = oldSize - 1; j >= 0;){
            if(s[j] != ' '){
                s[i--] = s[j--];
            } else {
                s[i] = '0';
                s[i-1] = '2';
                s[i-2] = '%';
                j--;
                i -= 3; // 这里特别记录一下，在for循环里没有--，在这里要多减一个数
            }
        }

拓展

这里也给大家拓展一下字符串和数组有什么差别，

字符串是若干字符组成的有限序列，也可以理解为是一个字符数组，但是很多语言对字符串做了特殊的规定，接下来我来说一说C/C++中的字符串。

在C语言中，把一个字符串存入一个数组时，也把结束符 '\0’存入数组，并以此作为该字符串是否结束的标志。

例如这段代码：

char a[5] = "asd";
for (int i = 0; a[i] != '\0'; i++) {
}

在C++中，提供一个string类，string类会提供 size接口，可以用来判断string类字符串是否结束，就不用’\0’来判断是否结束。

例如这段代码:

string a = "asd";
for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
}

那么vector< char > 和 string 又有什么区别呢？

其实在基本操作上没有区别，但是 string提供更多的字符串处理的相关接口，例如string 重载了+，而vector却没有。

所以想处理字符串，我们还是会定义一个string类型。

151. 反转字符串里的单词

151. 反转字符串中的单词 - 力扣（LeetCode）

很考验coding的一道题，自己做的时候想到了先整体反转再反转单个单词，但是卡在去除空格上了。本身对c++的stl也不是特别熟悉，加了各种判断各种debug边界情况。看了卡哥的代码发现其实代码并不复杂，可能这就是大道至简吧。每个单词完了添加一个空格的思路也没想到，光想着怎么删了。

意思理解了，但是没有自己写一遍，后面复习的时候要注意看。

代码随想录的解析：

想一下，我们将整个字符串都反转过来，那么单词的顺序指定是倒序了，只不过单词本身也倒序了，那么再把单词反转一下，单词不就正过来了。

所以解题思路如下：

• 移除多余空格
• 将整个字符串反转
• 将每个单词反转

举个例子，源字符串为："the sky is blue "

• 移除多余空格 : “the sky is blue”
• 字符串反转：“eulb si yks eht”
• 单词反转：“blue is sky the”

这样我们就完成了翻转字符串里的单词。

思路很明确了，我们说一说代码的实现细节，就拿移除多余空格来说，一些同学会上来写如下代码：

void removeExtraSpaces(string& s) {
    for (int i = s.size() - 1; i > 0; i--) {
        if (s[i] == s[i - 1] && s[i] == ' ') {
            s.erase(s.begin() + i);
        }
    }
    // 删除字符串最后面的空格
    if (s.size() > 0 && s[s.size() - 1] == ' ') {
        s.erase(s.begin() + s.size() - 1);
    }
    // 删除字符串最前面的空格
    if (s.size() > 0 && s[0] == ' ') {
        s.erase(s.begin());
    }
}

逻辑很简单，从前向后遍历，遇到空格了就erase。

如果不仔细琢磨一下erase的时间复杂度，还以为以上的代码是O(n)的时间复杂度呢。

想一下真正的时间复杂度是多少，一个erase本来就是O(n)的操作。

erase操作上面还套了一个for循环，那么以上代码移除冗余空格的代码时间复杂度为O(n^2)。

那么使用双指针法来去移除空格，最后resize（重新设置）一下字符串的大小，就可以做到O(n)的时间复杂度。

//版本一 
void removeExtraSpaces(string& s) {
    int slowIndex = 0, fastIndex = 0; // 定义快指针，慢指针
    // 去掉字符串前面的空格
    while (s.size() > 0 && fastIndex < s.size() && s[fastIndex] == ' ') {
        fastIndex++;
    }
    for (; fastIndex < s.size(); fastIndex++) {
        // 去掉字符串中间部分的冗余空格
        if (fastIndex - 1 > 0
                && s[fastIndex - 1] == s[fastIndex]
                && s[fastIndex] == ' ') {
            continue;
        } else {
            s[slowIndex++] = s[fastIndex];
        }
    }
    if (slowIndex - 1 > 0 && s[slowIndex - 1] == ' ') { // 去掉字符串末尾的空格
        s.resize(slowIndex - 1);
    } else {
        s.resize(slowIndex); // 重新设置字符串大小
    }
}

版本一的代码是比较如何一般思考过程，就是 先移除字符串钱的空格，在移除中间的，在移除后面部分。

不过其实还可以优化，这部分和27.移除元素 (opens new window)的逻辑是一样一样的，本题是移除空格，而 27.移除元素 就是移除元素。

所以代码可以写的很精简，大家可以看 如下 代码 removeExtraSpaces 函数的实现：

// 版本二 
void removeExtraSpaces(string& s) {//去除所有空格并在相邻单词之间添加空格, 快慢指针。
    int slow = 0;   //整体思想参考https://programmercarl.com/0027.移除元素.html
    for (int i = 0; i < s.size(); ++i) { //
        if (s[i] != ' ') { //遇到非空格就处理，即删除所有空格。
            if (slow != 0) s[slow++] = ' '; //手动控制空格，给单词之间添加空格。slow != 0说明不是第一个单词，需要在单词前添加空格。
            while (i < s.size() && s[i] != ' ') { //补上该单词，遇到空格说明单词结束。
                s[slow++] = s[i++];
            }
        }
    }
    s.resize(slow); //slow的大小即为去除多余空格后的大小。

整体代码如下：

class Solution {
public:
    void reverse(string& s, int start, int end){ //翻转，区间写法：左闭又闭 []
        for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
            swap(s[i], s[j]);
        }
    }

    void removeExtraSpaces(string& s) {//去除所有空格并在相邻单词之间添加空格, 快慢指针。
        int slow = 0;   //整体思想参考https://programmercarl.com/0027.移除元素.html
        for (int i = 0; i < s.size(); ++i) { //
            if (s[i] != ' ') { //遇到非空格就处理，即删除所有空格。
                if (slow != 0) s[slow++] = ' '; //手动控制空格，给单词之间添加空格。slow != 0说明不是第一个单词，需要在单词前添加空格。
                while (i < s.size() && s[i] != ' ') { //补上该单词，遇到空格说明单词结束。
                    s[slow++] = s[i++];
                }
            }
        }
        s.resize(slow); //slow的大小即为去除多余空格后的大小。
    }

    string reverseWords(string s) {
        removeExtraSpaces(s); //去除多余空格，保证单词之间之只有一个空格，且字符串首尾没空格。
        reverse(s, 0, s.size() - 1);
        int start = 0; //removeExtraSpaces后保证第一个单词的开始下标一定是0。
        for (int i = 0; i <= s.size(); ++i) {
            if (i == s.size() || s[i] == ' ') { //到达空格或者串尾，说明一个单词结束。进行翻转。
                reverse(s, start, i - 1); //翻转，注意是左闭右闭 []的翻转。
                start = i + 1; //更新下一个单词的开始下标start
            }
        }
        return s;
    }
};

复杂度分析

每个子函数的复杂度如下：

去除不合理空格的函数，时间复杂度为O(N）；空间复杂度为O(1)；快慢指针总体来说都遍历了一遍，长度为N，因此时间复杂度为O(N)，空间上只创建了四个指针，因此空间复杂度为O(1）；
反转字符数组的函数，时间复杂度为O(N）；空间复杂度为O(1）；left和right两个指针从数组的两端向中间遍历，把数组遍历了一遍，数组长度为N，因此时间复杂度为O(N）；空间上只有两个指针的内存，因此复杂度为O(1)；
反转每个单词的函数，时间复杂度为O(N），空间复杂度为O(1）；因为整体上每个单词中的每个字母都只会被操作一次，所以说时间复杂度为O(N)；空间上只定义了常数个指针，空间复杂度为O(1）
时间复杂度：O(N)

总体的时间复杂度是调用的这些子函数的时间复杂度的和，因此仍然是O(N)

空间复杂度：O(N)

剑指offer58II. 左旋转字符串(151类似题）

剑指 Offer 58 - II. 左旋转字符串 - 力扣（LeetCode）

完全没思路，直接抄的，后续复习多注意（摆烂）。看了解析发现代码真简单，血亏。

代码随想录解析：

不能使用额外空间的话，模拟在本串操作要实现左旋转字符串的功能还是有点困难的。

那么我们可以想一下上一题目字符串：花式反转还不够！ (opens new window)中讲过，使用整体反转+局部反转就可以实现，反转单词顺序的目的。

这道题目也非常类似，依然可以通过局部反转+整体反转 达到左旋转的目的。

具体步骤为：

1. 反转区间为前n的子串
2. 反转区间为n到末尾的子串
3. 反转整个字符串

最后就可以得到左旋n的目的，而不用定义新的字符串，完全在本串上操作。

例如 ：示例1中 输入：字符串abcdefg，n=2

如图：

最终得到左旋2个单元的字符串：cdefgab

思路明确之后，那么代码实现就很简单了

C++代码如下：

class Solution {
public:
    string reverseLeftWords(string s, int n) {
        reverse(s.begin(), s.begin() + n);
        reverse(s.begin() + n, s.end());
        reverse(s.begin(), s.end());
        return s;
    }
};

总结

此时我们已经反转好多次字符串了，来一起回顾一下吧。

在这篇文章344.反转字符串 (opens new window)，第一次讲到反转一个字符串应该怎么做，使用了双指针法。

然后发现541. 反转字符串II (opens new window)，这里开始给反转加上了一些条件，当需要固定规律一段一段去处理字符串的时候，要想想在在for循环的表达式上做做文章。

后来在151.翻转字符串里的单词 (opens new window)中，要对一句话里的单词顺序进行反转，发现先整体反转再局部反转 是一个很妙的思路。

最后再讲到本题，本题则是先局部反转再 整体反转，与151.翻转字符串里的单词 (opens new window)类似，但是也是一种新的思路。

一个字符串应该怎么做，使用了双指针法。

然后发现541. 反转字符串II (opens new window)，这里开始给反转加上了一些条件，当需要固定规律一段一段去处理字符串的时候，要想想在在for循环的表达式上做做文章。

后来在151.翻转字符串里的单词 (opens new window)中，要对一句话里的单词顺序进行反转，发现先整体反转再局部反转 是一个很妙的思路。

最后再讲到本题，本题则是先局部反转再 整体反转，与151.翻转字符串里的单词 (opens new window)类似，但是也是一种新的思路。

好了，反转字符串一共就介绍到这里，相信大家此时对反转字符串的常见操作已经很了解了。