LeetCode：3. 无重复字符的最长子串Java解法

1.题目

给定一个字符串，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: “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: “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: “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。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-without-repeating-characters
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2.解法概述

该题目有三种解法：
（1）暴力法（大力出奇迹？）：先找出所有的子串（时间复杂度为O(n^2)），再判断字串是否有重复字符（可以用HashSet，时间复杂度为O(n)）。总的时间复杂度为O(n＾3)．
（２）滑动窗口：分为左指针i和右指针j, 同样有一个HashSet. j向右移动, 如果set中无重复字符, 则将j所指字符加入set; 如果j所指字符重复, 则将i所指字符从set中去除, 同时i向右移动, 直至j所指字符不重复. 因为i, j 两个指针移动, 所以时间复杂度最大为O(2n).
（３）滑动窗口优化：在(2)的基础上, 当j所指字符重复时, i直接移动到子串中重复的字符的位置的后一位, 然后j继续向后, 从而时间复杂度优化为O(n).

3.暴力法

    //方法一：暴力法
    public int lengthOfLongestSubstring(String s) {
        int n = s.length();
        int ans = 0;
        //找到所有子串
        for (int i = 0; i < n; i++)
            //注意，调用allUnique(s, i, j)时取不到j，这样j-i才是字串长，所以j <= n
            for (int j = i + 1; j <= n; j++)
                //计算不重复的最长子串
                if (allUnique(s, i, j)) ans = Math.max(ans, j - i);
        return ans;
    }

    //计算子串是否有重复字符
    public boolean allUnique(String s, int start, int end) {
        Set<Character> set = new HashSet<>();
        //取不到end即j的下标
        for (int i = start; i < end; i++) {
            //String.charAt(int index) 返回指定索引的 char值。
            Character ch = s.charAt(i);
            if (set.contains(ch)) return false;
            set.add(ch);
        }
        return true;
    }

4.滑动窗口

    //方法二：滑动窗口   时间复杂度：O(2n)
    public int SlidingWindow(String s){

        int n = s.length();
        int max = 0,i = 0,j = 0;

        Set<Character> set = new HashSet<>();

        while (i < n && j < n){
            // 如果j下标处不重复，向后扩展滑动窗口
            if ( !set.contains(s.charAt(j)) ){
                //j下标处字符加入HashSet并且向后+1
                set.add(s.charAt(j++));
                //计算长度, j-i 才是字串长度
                max = Math.max(max, j - i);
            }
            //j下标处重复,滑动窗口i向后+1
            else{
                //将set集合中的i下标字符移除，并且+1，在下一次循环中检查j下标处字符是否重复
                set.remove(s.charAt(i++));
            }
        }

5.滑动窗口优化

    //方法三 优化的滑动窗口
    public int OptimizedSlidingWindow(String s){

        int n = s.length();
        int max = 0;
        // 字符Character是键,下标Integer是值， 记录的是每一个字符最后出现的位置
        Map<Character, Integer> map = new HashMap<>();

        //尝试向后滑动窗口,i在左，j在右
        for (int i = 0, j = 0; j < n; j++) {
            //如果j在当前滑动窗口中，直接将i移到重复的字符后一个
            if (map.containsKey(s.charAt(j))){
                //为何这里取最大值？
                //因为在i之前的不重复字符仍在map中，如果这时出现它（如下面的a），i会回溯，
                // 这是为了防止i回溯
                //比如当s="abba"时，
                i = Math.max(map.get(s.charAt(j))+1, i);
                //i = map.get(s.charAt(j)) + 1;
            }
            //不在，就将j加入map（也可以是更新位置）
            map.put(s.charAt(j), j);

            //计算长度
            max = Math.max(max, j-i+1);
        }

        return max;
    }

6.测试代码

    @Test
    public void test(){
        int length;
        long startTime1 = System.currentTimeMillis();
        length = lengthOfLongestSubstring("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789!\\\"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\\\\]^_`{|}~");
        System.out.println("最长子串：暴力法：长度"+length+"     时间："+(System.currentTimeMillis() - startTime1)+"ms");
        long startTime2 = System.currentTimeMillis();
        length = SlidingWindow("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789!\\\"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\\\\]^_`{|}~");
        System.out.println("最长子串：滑动窗口法：长度"+length+"       时间："+(System.currentTimeMillis() - startTime2)+"ms");

        long startTime3 = System.currentTimeMillis();
        length = OptimizedSlidingWindow("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789!\\\"#$%&'()*+,-./:;<=>?@[\\\\]^_`{|}~");
        System.out.println("最长子串：优化的滑动窗口法：长度"+length+"       时间："+(System.currentTimeMillis() - startTime3)+"ms");
    }

7.运行结果