【滑动窗口】java求无重复字符的最长字串(4种方法)

前言:这个题我整整看了一个晚上,麻烦耐心看完。
题目给定一个字符串 s ,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。

示例 1:
输入: s = “abcabcbb”
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “abc”,所以其长度为 3。

示例 2:
输入: s = “bbbbb”
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “b”,所以其长度为 1。

示例 3:
输入: s = “pwwkew”
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “wke”,所以其长度为 3。
请注意,你的答案必须是 子串 的长度,“pwke” 是一个子序列,不是子串。

示例 4:
输入: s = “”
输出: 0
提示:
0 <= s.length <= 5 * 104
s 由英文字母、数字、符号和空格组成

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-without-repeating-characters
著作权归领扣网络所有。商业转载请联系官方授权,非商业转载请注明出处。

下面说一下答案思路:

  1. 首先要能想到最简单的思路和方法,就是双层循环,内部判断。代码如下:
// 1. 暴力解法:遍历数组的所有的区间,然后找到最长没有重复字符的区间
// 时间复杂度:O(n^3)
// 空间复杂度:O(n)
// 会超时
public int lengthOfLongestSubstring1(String s) {
    int n = s.length();
    if (n <= 1) return n;
    int maxLen = 1;

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        for (int j = i + 1; j < n; j++) {
            if (allUnique(s, i, j)) {
                maxLen = Math.max(maxLen, j - i + 1);
            }
        }
    }

    return maxLen;
}

private boolean allUnique(String s, int start, int end) {
    Set<Character> set = new HashSet<>();
    for (int i = start; i <= end; i++) {
        if (set.contains(s.charAt(i))) {
            return false;
        }
        set.add(s.charAt(i));
    }
    return true;
}

作者:tangweiqun
链接:https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-without-repeating-characters/solution/jian-dan-yi-dong-javac-pythonjshua-dong-bff20/
来源:力扣(LeetCode)
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
  1. 这个题想要实现时间复杂度为O(n),就得使用【滑动窗口】的方法。那么什么是滑动窗口?

滑动窗口其实就是一个队列,比如例题中的 abcabcbb,进入这个队列(窗口)为 abc 满足题目要求,当再进入 a,队列变成了 abca,这时候不满足要求。所以,我们要移动这个队列!如何移动?我们只要把队列的左边的元素移出就行了,直到满足题目要求!一直维持这样的队列,找出队列出现最长的长度时候,求出解。
那现在有个问题是哪个储存结构里不能存相同的元素呢?显然,能想到Set和map,并且从不需要排序这一点,优先想到的应该是HashSet,因为HashMap的键值对似乎对这个没什么用。那么代码如下:

// 2. 滑动窗口
// 时间复杂度:O(2n) = O(n),最坏的情况是 left 和 right 都遍历了一遍字符串
// 空间复杂度:O(n)
public int lengthOfLongestSubstring2(String s) {
    int n = s.length();
    if (n <= 1) return n;
    int maxLen = 1;

    int left = 0, right = 0;
    Set<Character> window = new HashSet<>();
    while (right < n) {
        char rightChar = s.charAt(right);
        while (window.contains(rightChar)) {
            window.remove(s.charAt(left));
            left++;
        }
        maxLen = Math.max(maxLen, right - left + 1);
        window.add(rightChar);
        right++;
    }

    return maxLen;
}

作者:tangweiqun
链接:https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-without-repeating-characters/solution/jian-dan-yi-dong-javac-pythonjshua-dong-bff20/
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3.对于上面的代码,可以发现while(window.contains(rightChar))
这个循环其实很不人性化,按人的思维,直接把left移动到相同元素(左边的)+1的位置就好了,完全没必要一个一个的移除再判断。怎么解决这个问题?有个好方法就是用刚刚忽视的HashMap,将每个字符对应的下标作为对应关系,就可以直接找到想找的位置,因为HashMap的键是唯一不能重复的,所以键(这里也就是字符)对应的值(这里也就是下标)改变即可。代码如下:

// 3. 优化后的滑动窗口
// 时间复杂度:O(n)
// 空间复杂度:O(n)
public int lengthOfLongestSubstring3(String s) {
    int n = s.length();
    if (n <= 1) return n;
    int maxLen = 1;

    int left = 0, right = 0;
    Map<Character, Integer> window = new HashMap<>();
    while (right < n) {
        char rightChar = s.charAt(right);
        int rightCharIndex = window.getOrDefault(rightChar, 0);
        left = Math.max(left, rightCharIndex);
        maxLen = Math.max(maxLen, right - left + 1);
        window.put(rightChar, right + 1);
        right++;
    }

    return maxLen;
}

作者:tangweiqun
链接:https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-without-repeating-characters/solution/jian-dan-yi-dong-javac-pythonjshua-dong-bff20/
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3.最后的最后,还学到了一种我到死都不会想到的方法。
因为用Map储存其实也是想用一下那个数字,而作为字符串本身,每个字符都有对应的0-127的ASCII值,就可以用长度为128的数组代替Map了,代码如下:

// 4. 追求程序的极致性能
// s 由英文字母、数字、符号和空格组成
public int lengthOfLongestSubstring(String s) {
    int n = s.length();
    if (n <= 1) return n;
    int maxLen = 1;

    int left = 0, right = 0;
    int[] window = new int[128];
    while (right < n) {
        char rightChar = s.charAt(right);
        int rightCharIndex = window[rightChar];
        left = Math.max(left, rightCharIndex);
        maxLen = Math.max(maxLen, right - left + 1);
        window[rightChar] = right + 1;
        right++;
    }

    return maxLen;
}

作者:tangweiqun
链接:https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-without-repeating-characters/solution/jian-dan-yi-dong-javac-pythonjshua-dong-bff20/
来源:力扣(LeetCode)
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