字符串处理技巧：反转与哈希-优快云博客

代码随想录第八天 | LeetCode：344.反转字符串 LeetCode：541. 反转字符串II 剑指 Offer 05. 替换空格 LeetCode 151.翻转字符串里的单词剑指Offer58-II.左旋转字符串

前言
一、LeetCode：344.反转字符串
二、LeetCode：541. 反转字符串II
三、剑指 Offer 05. 替换空格
四、LeetCode 151.翻转字符串里的单词
五、剑指Offer58-II.左旋转字符串
总结

前言

今天要学习的内容是字符串哈希：求哈希时：将每一个前缀的哈希值记录下来。1. 把字符串看成P进制的数。2.进制的数转换成十进制。3.模Q。。。注意。不能映射成零，且可能冲突，但是这里我们假定Rp足够好，不需要考虑冲突的情况。P=131或者1331.Q=2的64次方。字符串哈希不允许冲突的存在，而前面的哈希就允许。我们可以利用前缀的哈希求得所有需要的字段的哈希。

接下来是一个模板思路
核心思想：将字符串看成P进制数，P的经验值是131或13331，取这两个值的冲突概率低
小技巧：取模的数用2^64，这样直接用unsigned long long存储，溢出的结果就是取模的结果

typedef unsigned long long ULL;
ULL h[N], p[N]; // h[k]存储字符串前k个字母的哈希值, p[k]存储 P^k mod 2^64
//h[]是表示的是哈希数组 p[]表示的是进制
// 初始化
p[0] = 1;
for (int i = 1; i <= n; i ++ )
{
    h[i] = h[i - 1] * P + str[i];
    p[i] = p[i - 1] * P;
}

// 计算子串 str[l ~ r] 的哈希值
ULL get(int l, int r)
{
    return h[r] - h[l - 1] * p[r - l + 1];
}

一、LeetCode：344.反转字符串

题目解析：其实字符串和数组的思路处理上还是差不多的。本地要求原地操作，不能够在开辟新的区间。因此就是首尾反转，设置头尾指针，然后双指针同时向中间移动。
代码实现：len = nums.size();
for(i = 0,j = len -1; i < len / 2;i++.j–) { swap ( nums [i] , nums [j] }

JAVA代码如下

class Solution {
    public void reverseString(char[] s) {
        //前后双指针
        int l = 0;
        int r = s.length - 1;
        while (l < r) {
        //不断移动实现换位置的操作
            s[l] ^= s[r];  //构造 a ^ b 的结果，并放在 a 中
            s[r] ^= s[l];  //将 a ^ b 这一结果再 ^ b ，存入b中，此时 b = a, a = a ^ b
            s[l] ^= s[r];  //a ^ b 的结果再 ^ a ，存入 a 中，此时 b = a, a = b 完成交换
            l++;
            r--;
        }
    }
}

// 第二种方法用temp来交换数值更多人容易理解些
class Solution {
    public void reverseString(char[] s) {
     	//前后双指针
        int l = 0;
        int r = s.length - 1;
        //向中间移动，并且换位置操作
        while(l < r){
            char temp = s[l];
            s[l] = s[r];
            s[r] = temp;
            l++;
            r--;
        }
    }
}

C++代码。这是一个基础题目。可以当做一个基础模板来记住。其实JAVA也可以这样写。

class Solution {
public:
    void reverseString(vector<char>& s) {
        for (int i = 0, j = s.size() - 1; i < s.size()/2; i++, j--) {//一个循环行实现所有，可当做模板。
            swap(s[i],s[j]);
        }
    }
};

二、LeetCode：541. 反转字符串II

题目解析：其实和上一道题目是一脉相承的，只不过多了很多规则，还是并没有设计到很多规则。
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。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。

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)

下面是实现的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)

JAVA代码如下(涵盖不同解法)：

//解法一
class Solution {
    public String reverseStr(String s, int k) {
        StringBuffer res = new StringBuffer();
        int length = s.length();
        int start = 0;
        while (start < length) {
            // 找到k处和2k处
            StringBuffer temp = new StringBuffer();
            // 与length进行判断，如果大于length了，那就将其置为length
            int firstK = (start + k > length) ? length : start + k;
            int secondK = (start + (2 * k) > length) ? length : start + (2 * k);

            //无论start所处位置，至少会反转一次
            temp.append(s.substring(start, firstK));
            res.append(temp.reverse());

            // 如果firstK到secondK之间有元素，这些元素直接放入res里即可。
            if (firstK < secondK) { //此时剩余长度一定大于k。
                res.append(s.substring(firstK, secondK));
            }
            start += (2 * k);
        }
        return res.toString();
    }
}

//解法二（似乎更容易理解点）
//题目的意思其实概括为 每隔2k个反转前k个，尾数不够k个时候全部反转
class Solution {
    public String reverseStr(String s, int k) {
        char[] ch = s.toCharArray();
        for(int i = 0; i < ch.length; i += 2 * k){
            int start = i;
            //这里是判断尾数够不够k个来取决end指针的位置
            int end = Math.min(ch.length - 1, start + k - 1);
            //用异或运算反转 
            while(start < end){
                ch[start] ^= ch[end];
                ch[end] ^= ch[start];
                ch[start] ^= ch[end];
                start++;
                end--;
            }
        }
        return new String(ch);
    }
}


// 解法二还可以用temp来交换数值，会的人更多些
class Solution {
    public String reverseStr(String s, int k) {
        char[] ch = s.toCharArray();
        for(int i = 0;i < ch.length;i += 2 * k){
            int start = i;
            // 判断尾数够不够k个来取决end指针的位置
            int end = Math.min(ch.length - 1,start + k - 1);
            while(start < end){
                
                char temp = ch[start];
                ch[start] = ch[end];
                ch[end] = temp;

                start++;
                end--;
            }
        }
        return new String(ch);
    }
}
// 解法3
class Solution {
    public String reverseStr(String s, int k) {
        char[] ch = s.toCharArray();
        // 1. 每隔 2k 个字符的前 k 个字符进行反转
        for (int i = 0; i< ch.length; i += 2 * k) {
            // 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 <= ch.length) {
                reverse(ch, 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(ch, i, ch.length - 1);
        }
        return  new String(ch);

    }
    // 定义翻转函数
    public void reverse(char[] ch, int i, int j) {
    for (; i < j; i++, j--) {
        char temp  = ch[i];
        ch[i] = ch[j];
        ch[j] = temp;
    }

    }
}

三、剑指 Offer 05. 替换空格

如果想把这道题目做到极致，就不要只用额外的辅助空间了！

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。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。前后两个指针，一个·指针指向的是将要获取元素的地址，一个指针指向的是将要获取元素的值。

C++代码如下

class Solution {
public:
    string replaceSpace(string s) {
        int count = 0; // 统计空格的个数
        //方便后续进行扩充操作
        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);//resize函数可以重新规定数组大小
        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;
    }
};

JAVA代码如下

//使用一个新的对象，复制 str，复制的过程对其判断，是空格则替换，否则直接复制，类似于数组复制
public static String replaceSpace(String s) {
        if (s == null) {
            return null;
        }
        //选用 StringBuilder 单线程使用，比较快，选不选都行
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        //使用 sb 逐个复制 s ，碰到空格则替换，否则直接复制
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            //s.charAt(i) 为 char 类型，为了比较需要将其转为和 " " 相同的字符串类型
            //if (" ".equals(String.valueOf(s.charAt(i)))){}
            if (s.charAt(i) == ' ') {
                sb.append("%20");
            } else {
                sb.append(s.charAt(i));
            }
        }
        return sb.toString();
    }

//方式二：双指针法
public String replaceSpace(String s) {
    if(s == null || s.length() == 0){
        return s;
    }
    //扩充空间，空格数量2倍
    StringBuilder str = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
        if(s.charAt(i) == ' '){
            str.append("  ");
        }
    }
    //若是没有空格直接返回
    if(str.length() == 0){
        return s;
    }
    //有空格情况 定义两个指针
    int left = s.length() - 1;//左指针：指向原始字符串最后一个位置
    s += str.toString();
    int right = s.length()-1;//右指针：指向扩展字符串的最后一个位置
    char[] chars = s.toCharArray();
    while(left>=0){
        if(chars[left] == ' '){
            chars[right--] = '0';
            chars[right--] = '2';
            chars[right] = '%';
        }else{
            chars[right] = chars[left];
        }
        left--;
        right--;
    }
    return new String(chars);
}

四、LeetCode 151.翻转字符串里的单词

题目解析：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：1.移除多余空格。2.将整个字符串反转。3.将每个单词反转。
这里说一个误区

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。C++代码如下

//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] == ' ') {//因为还要留下一个空格
            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);//这里末尾的可以直接缩小区间大小就好了
    } else {
        s.resize(slowIndex); // 重新设置字符串大小
    }
}

五、剑指Offer58-II.左旋转字符串

题目解析：上一道题目中运用了两次反转来调整顺序，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。

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;
    }
};
//时间复杂度: O(n)
//空间复杂度：O(1)

JAVA代码如下

class Solution {
    public String reverseLeftWords(String s, int n) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(s.substring(n));
        sb.append(s.substring(0, n));
        return sb.toString();
    }
}
//时间复杂度O（n）
//空间复杂度O（1）

总结

今天学到的一个技巧，用两次反转来实现反转字符串的顺序。
首先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for循环的表达式上做做文章。
之后，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，本题则是先局部反转再整体反转。与上一道题目类似。