【算法笔记】字符串

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墨衍会员 · AI 创作全网分发码龄7年

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原创 2022-08-11 13:02:01 528 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

裘宗燕-数据结构与算法python描述笔记（字符串） 字符串的实现以及匹配，主要包括朴素匹配算法和KMP算法，以及 pnext的生成算法阅读详情

基础知识

子串：要求字符之间是连续的
子序列：不要求连续

例题

344. 反转字符串

双指针，left指向最左边，right指向最右边，交换left和right的位置，直到left>=right.
c++的reverse()就是字符串翻转函数。

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

541. 反转字符串 II

如果剩余字符串长度小于k，翻转整个字符
如果剩余字符串长度大于等于k，翻转前k个字符。
i每次加2k

class Solution {
public:
    void my_reverse(string& s,int l,int r){
        int left=l;
        int right=r;
        while(left<right){
            swap(s[left++],s[right--]);
            
        }
       
    }
    string reverseStr(string s, int k) {
        for(int i=0;i<s.length();i+=2*k){
            if(s.length()-i<k){//剩余字符小于k
                my_reverse(s,i,s.length()-1);
                

            }
            else{//剩余字符大于或等于k 
                my_reverse(s,i,i+k-1);
            }
        }
        return s;
    }
};

剑指 Offer 05. 替换空格

直接法：遇到空格，就多申请2个字符的空间，然后整体后移两位，然后替换为%20.

class Solution {
public:
    string replaceSpace(string s) {
        for(int i=0;i<s.length();i++){
            if(s[i]==' '){
                s.resize(s.length()+2);
                for(int j=s.length()-1;j>=i+3;j--){//整体后移两位
                    s[j]=s[j-2];
                }
                s[i]='%';
                s[i+1]='2';
                s[i+2]='0';
                i=i+2;//由于前面的移到了后面
            }
        }
        return s;
    }
};

解2 双指针，和解1相比不需要整体挪动
先统计s中空格的个数，然后多申请2*count大小的空间
令right指向新s的末尾，left指向原来s的末尾，令s[right]=s[left]，直到left等于0
如果s[left]==' '，s[r]='0'; s[r-1]='2';s[r-2]='%'，r后移3位，l后移1位。
否则r--,l--.

class Solution {
public:
    string replaceSpace(string s) {
        int count=0;
        for(int i=0;i<s.length();i++){
            if(s[i]==' '){
                count++;
            }
        }
        s.resize(s.length()+2*count);
        int l=s.length()-2*count-1;
        int r=s.length()-1;
        while(l>=0){
            if(s[l]!=' '){
                s[r--]=s[l--];
            
            }
            else{
                s[r--]='0';
                s[r--]='2';
                s[r--]='%';
                l--;
            }
        }
        return s;
    }
    
};

151. 翻转字符串里的单词

解1 先实现单词的分割，以空格为单位，放在result中，注意多余空格的处理
然后从后往前遍历result，每个单词后面（除最后一个单词）加一个空格放在t中
最后返回t

class Solution {
public:
   vector<string>my_split(string s, char a) {
    vector<string> result;
    string t = "";
    for (int i = 0; i < s.length(); i++) {

        if (s[i] != ' ') {
            t += s[i];
        }
        else {
            if (t != "") {//找到一个单词
                result.push_back(t);
                t = "";
            }

        }
    }
    if (t != "") {
        result.push_back(t);
    }
    return result;
}
string reverseWords(string s) {
    vector < string> re = my_split(s, ' ');
    string t = "";
    for (int i = re.size() - 1; i >= 0; i--) {
        if (i == 0) {
            t = t + re[i];
        }
        else {
            t = t + re[i] + " ";
        }


    }
    return t;
}
};

解2 不申请额外的空间，在原有字符串的修改

去除多余空格
翻转字符串（单词也是反的）
翻转单词
补充：
substr（start,length）//从start开始截取length长度的字符串
resize(size)//重新分配空间，溢出的直接丢弃
erase(start,end)左闭右开区间删除字符串

class Solution {
public:
    void myRerverse(string& s,int start,int end) {//左闭右闭区间翻转
    int l = start;
    int r = end ;
    while (l < r) {
        swap(s[l++], s[r--]);
    }
   
}
    string reverseWords(string s) {
        //1 2 去除多余空格并翻转
        int l = 0;
        for (int r=0; r < s.length();r++) {
            if (r == 0 && s[r] == ' ') {//去除前面的空格          
                continue;
            }
            
            if (r>0 && s[r] == s[r - 1] && s[r] == ' ') {//去除中间的空格
                continue;
            }
            else {
                s[l++] = s[r];
            }
    }
        if (s[l - 1] == ' ') {//去除末尾多余的空格
        // s = s.substr(0, l-1);//与resize作用一样
            s.resize(l - 1);//多余的空格丢弃
            myRerverse(s,0,s.length()-1);
        }
        else {
        /*  s = s.substr(0, l);*/
            s.resize(l);
            myRerverse(s, 0, s.length() - 1);
        }
        //3 翻转单词
        int start,end;
        for ( start = 0 , end = 0; end < s.length();) {
            if (s[end] == ' ') {
                myRerverse(s, start, end - 1);
                start = end + 1;
                end = start;
            }
            else if (end == s.length() - 1) {//翻转最后一个单词
                myRerverse(s, start, end);
                break;
            }
            else {
                end++;
            }
        }
        

        return s;
    }
};

剑指 Offer 58 - II. 左旋转字符串

解1 多申请n个空间，将旋转的字符放在后面，然后去掉前n个字符

class Solution {
public:
    string reverseLeftWords(string s, int n) {
        int len0=s.length();
        s.resize(len0+n);
        int l=0;
        int r=len0;
        for(int i=0;i<n;i++){
            s[r++]=s[l++];
        }
        s=s.substr(n,s.length());
        return s;
    }
};

解2 不申请额外的空间
先整体翻转，在局部翻转

class Solution {
public:
    void myReverse(string& s,int l,int r){
        while(l<r){
            swap(s[l++],s[r--]);
        }
       
    }
    string reverseLeftWords(string s, int n) {
        int len=s.length();
        myReverse(s,0,len-1);
        myReverse(s,0,len-n%len-1);//考虑n大于len的情况
        myReverse(s,len-n%len,len-1);
        return s;
    }
};

28. 实现 strStr()

解1 暴力搜索，效率太慢

class Solution {
public:
    int strStr(string haystack, string needle) {
    if (needle == "") {
        return 0;
    }
    int start = -1;//记录第一次出现的位置
    for (int i = 0; i < haystack.length();i++) {
        bool flag = true;
        if (haystack[i] == needle[0] && haystack.length() - i >= needle.length()) {//要保证当前i到结束的长度大于needl的长度，避免"aa","aaa"的情况。
            
            start = i;
            int t = i;
            for (int j = 0; j < needle.length(); j++) {
                if (haystack[t++] != needle[j]) {
                    flag = false;
                    break;
                }
            }
            if (!flag) {//不相等
                start = -1;
                
                
            }
            else {
                break;
            }
        }
        
    }
    return start;
}
};

解2 KMP
KMP主要应用在字符串匹配上。
KMP的主要思想是当出现字符串不匹配时，可以知道一部分之前已经匹配的文本内容，可以利用这些信息避免从头再去做匹配了。所以如何记录已经匹配的文本内容，是KMP的重点，也是next数组肩负的重任。

前缀表是用来回退的，它记录了模式串与主串(文本串)不匹配的时候，模式串应该从哪里开始重新匹配。前缀表记录下标i之前（包括i）的字符串中，有多大长度的相同前缀后缀。（前缀是指不包含最后一个字符的所有以第一个字符开头的连续子串；后缀是指不包含第一个字符的所有以最后一个字符结尾的连续子串。）
例如：要在文本串：aabaabaafa 中查找是否出现过一个模式串：aabaaf。
next数组就是前缀表

next数组的初始化
i表示后缀的结尾，j表示前缀的结尾，i从1开始，j从0开始

 void getNext(int* next, const string& s) {
        int j = 0;
        next[0] = 0;//next[i]表示下标i之前（包括i）的字符串中，有多大长度的相同前缀后缀，由于下标从0开始，也就是回退 重新匹配的位置
        for(int i = 1; i < s.size(); i++) {
            while (j > 0 && s[i] != s[j]) { // j要保证大于0，因为下面有取j-1作为数组下标的操作
                j = next[j - 1]; // 注意这里，是要找前一位的对应的回退位置了（遇到冲突看前一位对应的next值）
            }
            if (s[i] == s[j]) {
                j++;
            }
            next[i] = j;
        }
    }

匹配成功返回第一次出现的开始位置即i-needle.length()+1

class Solution {
public:
    void getNext(int* next,const string &s){
        next[0]=0;
        int j=0;
        for(int i=1;i<s.length();i++){//注意i从1开始
            while(j>0 &&　s[i]!=s[j]){
                j=next[j-1];
            }
            if(s[i]==s[j]){
                j++;
            }
            next[i]=j;
        }
    }
    int strStr(string haystack, string needle) {
        if(needle==""){
            return 0;
        }
        int next[needle.length()];
        getNext(next,needle);
        
        int j=0;
        for(int i=0;i<haystack.length();i++){//当j==needle.length()匹配成功
            while(j>0 && haystack[i]!=needle[j]){
                j=next[j-1];
            }
            if(haystack[i]==needle[j]){
                j++;
            }
            if(j==needle.length()){//此时j指向needle末尾的后一位，i指向haystack与needle最后一个字符匹配的位置
                return (i-needle.length()+1);
            }
        }
        return -1;
    }
};

对next数组做一些调整，匹配失败位置对应的next数组的值就为回退的位置

class Solution {
public:
    void getNext(vector<int>& next, string& s) {
        next.resize(s.size());
        int i = 0;
        int j = -1;
        next[0] = -1;
        while (i < s.size()-1) {
            if (j == -1 || s[i] == s[j]) {
                ++i;
                ++j;
                next[i]=j;
            }
            else {
                j = next[j];
            }
        }
    }
    int strStr(string haystack, string needle) {
        int i = 0;
        int j = 0;
        vector<int>next;
        getNext(next, needle);
        int n1 = haystack.size();
        int n2 = needle.size();
        while ((i<n1)&&(j < n2) ) {//vector.size()返回值是unsigned int，当int与unsigned int比较是，会先将int转为unsigned int
            if (j == -1 || haystack[i] == needle[j]) {
                ++i;
                ++j;
            }
            else {
                j = next[j];
            }
        }
        if (j == needle.size()) {
            return i - needle.size();
        }
        else {
            return -1;
        }
    }
};

class Solution {
public:
    void getNext(vector<int>& nextval, string& s) {
        nextval.resize(s.size());
        int i = 0;
        int j = -1;
        nextval[i] = -1;
        while (i < s.size()-1) {//因为循环里有++i操作，为避免出界
            if (j == -1 || s[i] == s[j]) {
                ++i;
                ++j;
                if (s[i] != s[j]) {
                    nextval[i] = j;
                }else{
                    nextval[i]=nextval[j];
                }
            }
            else {
                j = nextval[j];
            }
        }
    }
    int strStr(string haystack, string needle) {
        int i = 0;
        int j = 0;
        vector<int>nextval;
        getNext(nextval, needle);
        int n1 = haystack.size();
        int n2 = needle.size();
        while ((i<n1)&&(j < n2) ) {
            if (j == -1 || haystack[i] == needle[j]) {
                ++i;
                ++j;
            }
            else {
                j = nextval[j];
            }
        }
        if (j == needle.size()) {
            return i - needle.size();
        }
        else {
            return -1;
        }
    }
};

next数组进一步改进
考虑一种特殊情况：aaaaab
对应next数组：-1 0 1 2 3 4
如果j==4发生不匹配，则 j 回退到3，然后又回退到2,1，0，-1，进行了很多没必要的跳转，其中只要调整位置的字符与当前位置一样，必然很需要继续调整，何不一步到位呢

class Solution {
public:
    void getNext(vector<int>& nextval, string& s) {
        nextval.resize(s.size());
        int i = 0;
        int j = -1;
        nextval[i] = -1;
        while (i < s.size()-1) {
            if (j == -1 || s[i] == s[j]) {
                ++i;
                ++j;
                if (s[i] != s[j]) {
                    nextval[i] = j;
                }else{//改进之处
                    nextval[i]=nextval[j];
                }
            }
            else {
                j = nextval[j];
            }
        }
    }
    int strStr(string haystack, string needle) {
        int i = 0;
        int j = 0;
        vector<int>nextval;
        getNext(nextval, needle);
        int n1 = haystack.size();
        int n2 = needle.size();
        while ((i<n1)&&(j < n2) ) {//vector.size()的返回值是unsigned int，当int与unsigned int比较是会先将int转为unsigned int
            if (j == -1 || haystack[i] == needle[j]) {
                ++i;
                ++j;
            }
            else {
                j = nextval[j];
            }
        }
        if (j == needle.size()) {
            return i - needle.size();
        }
        else {
            return -1;
        }
    }
};

459. 重复的子字符串

查找s的最长相等前后缀，如果最长相等前后缀等于0，则该字符串一定不是由子串构成；若不为0，字符串的长度减去-最长相等前后缀的长度=字符串一个周期的长度。如果len%一个周期的长度==0，说明字符串由重复的子字符串合成。

class Solution {
public:
    void getNext(int* next,string& s){
        int j=0;
        next[0]=0;
        for(int i=1;i<s.length();i++){
            while(j>0 && s[j]!=s[i]){
                j=next[j-1];
            }
            if(s[i]==s[j]){
                j++;
            }
            next[i]=j;
        }
    }
    bool repeatedSubstringPattern(string s) {
        if(s==""){
            return false;
        }
        int len=s.length();
        int next[len];
        getNext(next,s);
        if(next[len-1]!=0 && len%(len-next[len-1])==0){
            return true;
        }
        return false;
    }
};