使用贪心算法实现文本左右对齐

使用贪心算法实现文本左右对齐

在这篇博客文章中，我们将探讨如何使用贪心算法来重新排版单词数组，使其成为每行恰好有最大宽度（maxWidth）个字符，同时要求文本左右两端对齐。这是一个有趣的问题，需要仔细考虑单词之间的空格分配以及文本的对齐方式。

问题背景

给定一个单词数组 words 和一个长度 maxWidth，我们的目标是重新排版单词，使其满足以下要求：

1. 每行恰好有 maxWidth 个字符。
2. 单词之间的空格要尽可能均匀分配，如果无法均匀分配，则左侧的空格数要多于右侧的空格数。
3. 文本的最后一行应为左对齐，且单词之间不插入额外的空格。

解决方案

算法思路

我们将使用贪心算法来解决这个问题。我们将逐行处理单词，尽可能多地放置单词在一行中，并确保每行的字符数不超过 maxWidth。在每一行中，我们会按照如下规则来分配空格：

1. 如果一行只包含一个单词，那么这一行应该是左对齐，即单词后面填充足够多的空格使行长度等于 maxWidth。
2. 对于其他行，我们计算出需要插入的总空格数 totalSpaces，以及在单词之间均匀分配空格时的基本空格数 baseSpaces。如果 totalSpaces 不能被单词数减一整除，我们将多余的空格放在左侧。
3. 对于最后一行，我们不插入额外的空格，只需要将单词连续排列，行的长度等于 maxWidth。

代码实现

下面是用 Java 编写的实现代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Solution {
    public List<String> fullJustify(String[] words, int maxWidth) {
        List<String> result = new ArrayList<>();
        int index = 0;

        while (index < words.length) {
            int lineStart = index; // 当前行的起始单词索引
            int lineLength = 0; // 当前行的字符数

            // 尽可能多地添加单词到当前行
            while (index < words.length && lineLength + words[index].length() <= maxWidth) {
                lineLength += words[index].length() + 1; // +1 是用来添加单词间的空格
                index++;
            }

            // 计算当前行的单词数
            int wordCount = index - lineStart;
            int totalSpaces = maxWidth - (lineLength - wordCount); // 总共需要插入的空格数

            // 构建当前行的字符串
            StringBuilder line = new StringBuilder();

            // 如果当前行只包含一个单词或是最后一行，左对齐
            if (wordCount == 1 || index == words.length) {
                for (int i = lineStart; i < index; i++) {
                    line.append(words[i]);
                    if (i < index - 1) {
                        line.append(" ");
                    }
                }
                while (line.length() < maxWidth) {
                    line.append(" ");
                }
            } else {
                int baseSpaces = totalSpaces / (wordCount - 1); // 单词之间基本的空格数
                int extraSpaces = totalSpaces % (wordCount - 1); // 需要额外添加空格的位置数

                for (int i = lineStart; i < index; i++) {
                    line.append(words[i]);

                    if (i < index - 1) {
                        for (int j = 0; j < baseSpaces; j++) {
                            line.append(" ");
                        }
                        if (extraSpaces > 0) {
                            line.append(" ");
                            extraSpaces--;
                        }
                    }
                }
            }

            result.add(line.toString());
        }

        return result;
    }
}

示例和测试

让我们使用示例来测试我们的算法：

示例 1

String[] words1 = {"This", "is", "an", "example", "of", "text", "justification."};
int maxWidth1 = 16;
Solution solution = new Solution();
List<String> result1 = solution.fullJustify(words1, maxWidth1);

for (String line : result1) {
    System.out.println(line);
}

输出：

This    is    an
example  of text
justification.  

示例 2

String[] words2 = {"What", "must", "be", "acknowledgment", "shall", "be"};
int maxWidth2 = 16;
List<String> result2 = solution.fullJustify(words2, maxWidth2);

for (String line : result2) {
    System.out.println(line);
}

输出：

What   must   be
acknowledgment  
shall be        

示例 3

String[] words3 = {"Science", "is", "what", "we", "understand", "well", "enough", "to", "explain", "to", "a", "computer.", "Art", "is", "everything", "else", "we", "do"};
int maxWidth3 = 20;
List<String> result3 = solution.fullJustify(words3, maxWidth3);

for (String line : result3) {
    System.out.println(line);
}

输出：

Science  is  what we
understand      well
enough to explain to
a  computer.  Art is
everything  else  we
do