代码随想录算法训练营DAY8|字符串1

算法训练DAY8|字符串1

344.反转字符串

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编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 char[] 的形式给出。

不要给另外的数组分配额外的空间，你必须原地修改输入数组、使用 O(1) 的额外空间解决这一问题。

你可以假设数组中的所有字符都是 ASCII 码表中的可打印字符。

示例 1： 输入：["h","e","l","l","o"] 输出：["o","l","l","e","h"]

示例 2： 输入：["H","a","n","n","a","h"] 输出：["h","a","n","n","a","H"]

不难写出如下C++代码:

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

循环里只要做交换s[i] 和s[j]操作就可以了，那么我这里使用了swap 这个库函数。大家可以使用。

因为相信大家都知道交换函数如何实现，而且这个库函数仅仅是解题中的一部分， 所以这里使用库函数也是可以的。

swap可以有两种实现。

一种就是常见的交换数值：

int tmp = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = tmp;

是通过位运算：

s[i] ^= s[j];
s[j] ^= s[i];
s[i] ^= s[j];

这道题目还是比较简单的，但是我正好可以通过这道题目说一说在刷题的时候，使用库函数的原则。

在字符串相关的题目中，库函数对大家的诱惑力是非常大的，因为会有各种反转，切割取词之类的操作，这也是为什么字符串的库函数这么丰富的原因。

相信大家本着我所讲述的原则来做字符串相关的题目，在选择库函数的角度上会有所原则，也会有所收获。

C++代码如下：

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

• 时间复杂度: O(n)

• 空间复杂度: O(1)

541. 反转字符串II

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给定一个字符串 s 和一个整数 k，从字符串开头算起, 每计数至 2k 个字符，就反转这 2k 个字符中的前 k 个字符。

如果剩余字符少于 k 个，则将剩余字符全部反转。

如果剩余字符小于 2k 但大于或等于 k 个，则反转前 k 个字符，其余字符保持原样。

示例:

输入: s = "abcdefg", k = 2 输出: "bacdfeg"

那么这里具体反转的逻辑我们要不要使用库函数呢，其实用不用都可以，使用reverse来实现反转也没毛病，毕竟不是解题关键部分。

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;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)

• 空间复杂度: O(1)

那么我们也可以实现自己的reverse函数，其实和题目344. 反转字符串 (opens new window)道理是一样的。

下面我实现的reverse函数区间是左闭右闭区间，代码如下：

class Solution {
public:
    void reverse(string& s, int start, int end) {
        for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
            swap(s[i], s[j]);
        }
    }
    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, i, i + k - 1);
                continue;
            }
            // 3. 剩余字符少于 k 个，则将剩余字符全部反转。
            reverse(s, i, s.size() - 1);
        }
        return s;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)

• 空间复杂度: O(1)或O(n), 取决于使用的语言中字符串是否可以修改.

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;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)

• 空间复杂度: O(1)

替换数字

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给定一个字符串 s，它包含小写字母和数字字符，请编写一个函数，将字符串中的字母字符保持不变，而将每个数字字符替换为number。

例如，对于输入字符串 "a1b2c3"，函数应该将其转换为 "anumberbnumbercnumber"。

对于输入字符串 "a5b"，函数应该将其转换为 "anumberb"

输入：一个字符串 s,s 仅包含小写字母和数字字符。

输出：打印一个新的字符串，其中每个数字字符都被替换为了number

样例输入：a1b2c3

样例输出：anumberbnumbercnumber

数据范围：1 <= s.length < 10000。

首先扩充数组到每个数字字符替换成 "number" 之后的大小。

例如 字符串 "a5b" 的长度为3，那么 将 数字字符变成字符串 "number" 之后的字符串为 "anumberb" 长度为 8。

如图：

然后从后向前替换数字字符，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。

有同学问了，为什么要从后向前填充，从前向后填充不行么？

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整体向后移动。

其实很多数组填充类的问题，其做法都是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，避免了从前向后填充元素时，每次添加元素都要将添加元素之后的所有元素向后移动的问题。

C++代码如下：

#include
using namespace std;
int main() {
    string s;
    while (cin >> s) {
        int count = 0; // 统计数字的个数
        int sOldSize = s.size();
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
                count++;
            }
        }
        // 扩充字符串s的大小，也就是每个空格替换成"number"之后的大小
        s.resize(s.size() + count * 5);
        int sNewSize = s.size();
        // 从后先前将空格替换为"number"
        for (int i = sNewSize - 1, j = sOldSize - 1; j < i; i--, j--) {
            if (s[j] > '9' || s[j] < '0') {
                s[i] = s[j];
            } else {
                s[i] = 'r';
                s[i - 1] = 'e';
                s[i - 2] = 'b';
                s[i - 3] = 'm';
                s[i - 4] = 'u';
                s[i - 5] = 'n';
                i -= 5;
            }
        }
        cout << s << endl;
    }
}

• 时间复杂度：O(n)

• 空间复杂度：O(1)

此时算上本题，我们已经做了七道双指针相关的题目了分别是：

• 27.移除元素

• 15.三数之和

• 18.四数之和

• 206.翻转链表

• 142.环形链表II

• 344.反转字符串

#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.翻转字符串里的单词

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给定一个字符串，逐个翻转字符串中的每个单词。

示例 1： 输入: "the sky is blue" 输出: "blue is sky the"

示例 2： 输入: " hello world! " 输出: "world! hello" 解释: 输入字符串可以在前面或者后面包含多余的空格，但是反转后的字符不能包括。

示例 3： 输入: "a good example" 输出: "example good a" 解释: 如果两个单词间有多余的空格，将反转后单词间的空格减少到只含一个。

#思路

这道题目可以说是综合考察了字符串的多种操作。

一些同学会使用split库函数，分隔单词，然后定义一个新的string字符串，最后再把单词倒序相加，那么这道题题目就是一道水题了，失去了它的意义。

所以这里我还是提高一下本题的难度：不要使用辅助空间，空间复杂度要求为O(1)。

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
    }
}

版本一的代码是一般的思考过程，就是 先移除字符串前的空格，再移除中间的，再移除后面部分。

不过其实还可以优化，这部分和27.移除元素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。
}

如果以上代码看不懂，建议先把 27.移除元素 这道题目做了，或者看视频讲解：数组中移除元素并不容易！LeetCode：27. 移除元素 。

此时我们已经实现了removeExtraSpaces函数来移除冗余空格。

还要实现反转字符串的功能，支持反转字符串子区间，这个实现我们分别在344.反转字符串 和541.反转字符串II 里已经讲过了。

代码如下：

// 反转字符串s中左闭右闭的区间[start, end]
void reverse(string& s, int start, int end) {
    for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
        swap(s[i], s[j]);
    }
}

整体代码如下：

class Solution {
public:
    void reverse(string& s, int start, int end){ //翻转，区间写法：左闭右闭 []
        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;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)

• 空间复杂度: O(1) 或 O(n)，取决于语言中字符串是否可变

右旋字符串

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字符串的右旋转操作是把字符串尾部的若干个字符转移到字符串的前面。给定一个字符串 s 和一个正整数 k，请编写一个函数，将字符串中的后面 k 个字符移到字符串的前面，实现字符串的右旋转操作。

例如，对于输入字符串 "abcdefg" 和整数 2，函数应该将其转换为 "fgabcde"。

输入：输入共包含两行，第一行为一个正整数 k，代表右旋转的位数。第二行为字符串 s，代表需要旋转的字符串。

输出：输出共一行，为进行了右旋转操作后的字符串。

样例输入：

2
abcdefg 

1 2

样例输出：

fgabcde

1

数据范围：1 <= k < 10000, 1 <= s.length < 10000;

#思路

为了让本题更有意义，提升一下本题难度：不能申请额外空间，只能在本串上操作。 （Java不能在字符串上修改，所以使用java一定要开辟新空间）

不能使用额外空间的话，模拟在本串操作要实现右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！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。

本题中，我们需要将字符串右移n位，字符串相当于分成了两个部分，如果n为2，符串相当于分成了两个部分，如图： （length为字符串长度）

右移n位， 就是将第二段放在前面，第一段放在后面，先不考虑里面字符的顺序，是不是整体倒叙不就行了。如图：

此时第一段和第二段的顺序是我们想要的，但里面的字符位置被我们倒叙，那么此时我们在把 第一段和第二段里面的字符再倒叙一把，这样字符顺序不就正确了。 如果：

其实，思路就是 通过 整体倒叙，把两段子串顺序颠倒，两个段子串里的的字符在倒叙一把，负负得正，这样就不影响子串里面字符的顺序了。

整体代码如下：

// 版本一
#include
#include
using namespace std;
int main() {
    int n;
    string s;
    cin >> n;
    cin >> s;
    int len = s.size(); //获取长度
​
    reverse(s.begin(), s.end()); // 整体反转
    reverse(s.begin(), s.begin() + n); // 先反转前一段，长度n
    reverse(s.begin() + n, s.end()); // 再反转后一段
​
    cout << s << endl;
​
} 

那么整体反正的操作放在下面，先局部反转行不行？

可以的，不过，要记得 控制好 局部反转的长度，如果先局部反转，那么先反转的子串长度就是 len - n，如图：

代码如下：

// 版本二 
#include
#include
using namespace std;
int main() {
    int n;
    string s;
    cin >> n;
    cin >> s;
    int len = s.size(); //获取长度
    reverse(s.begin(), s.begin() + len - n); // 先反转前一段，长度len-n ，注意这里是和版本一的区别
    reverse(s.begin() + len - n, s.end()); // 再反转后一段
    reverse(s.begin(), s.end()); // 整体反转
    cout << s << endl;
​
}

#拓展

大家在做剑指offer的时候，会发现 剑指offer的题目是左反转，那么左反转和右反转 有什么区别呢？

其实思路是一样一样的，就是反转的区间不同而已。如果本题是左旋转n，那么实现代码如下：

#include
#include
using namespace std;
int main() {
    int n;
    string s;
    cin >> n;
    cin >> s;
    int len = s.size(); //获取长度
    reverse(s.begin(), s.begin() + n); //  反转第一段长度为n 
    reverse(s.begin() + n, s.end()); // 反转第二段长度为len-n 
    reverse(s.begin(), s.end());  // 整体反转
    cout << s << endl;
​
}

大家可以感受一下 这份代码和 版本二的区别， 其实就是反转的区间不同而已。

那么左旋转的话，可以不可以先整体反转，例如想版本一的那样呢？