LeetCode hot 100 每日一题(2)--49. 字母异位词分组

Awesome Baron

于 2025-03-01 12:13:15 发布

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分类专栏： leetcode 文章标签： leetcode 算法

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leetcode hot 100 第二题
首先我们看看题目描述：

给你一个字符串数组，请你将 字母异位词 组合在一起。可以按任意顺序返回结果列表。
字母异位词 是由重新排列源单词的所有字母得到的一个新单词。
示例 1:
输入: strs = ["eat", "tea", "tan", "ate", "nat", "bat"]
输出: [[“bat”],[“nat”,“tan”],[“ate”,“eat”,“tea”]]

示例 2:
输入: strs = [""]
输出: [[“”]]

示例 3:
输入: strs = ["a"]
输出: [[“a”]]

提示：

1 <= strs.length <= $10^4$
0 <= strs[i].length <= 100
strs[i] 仅包含小写字母

字母异位词理解: 两个字符串互为字母异位词，当且仅当两个字符串包含的字母相同。简单点说，也就是字母异位词就是包含字母相同的那些词，tap、pat和apt就互为字母异位词。

解法1 排序

class Solution {
    public List<List<String>> groupAnagrams(String[] strs) {
        // 定义一个哈希表 map 来存储按字母异位词分组的字符串
        // 键是字符串（每个字母异位词排序后的结果），
        // 值是字符串的列表（所有属于该字母异位词组的单词）。
        Map<String, List<String>> map = new HashMap<String, List<String>>();
        
        // 遍历所有输入的字符串
        for(String str : strs){
            // 将字符串转换为字符数组
            // 这个转换的目的是为了后续排序。
            char[] array = str.toCharArray();
            
            // 对字符数组进行排序，这样字母异位词排序后会得到相同的字符串
            Arrays.sort(array);
            
            // 将排序后的字符数组转换回字符串作为哈希表的键
            String key = new String(array);
            
            // 从哈希表中取出该键对应的列表，如果没有则创建一个新的列表
            List<String> list = map.getOrDefault(key, new ArrayList<String>());
            
            // 将当前的字符串添加到列表中
            list.add(str);
            
            // 将更新后的列表放回哈希表中
            map.put(key, list);
        }

        // 返回哈希表中所有的列表
        return new ArrayList<List<String>>(map.values());
    }
}

首先我们来理一理总体思路：

遍历输入字符串数组
对每个字符串进行处理。
将字符串排序
将字符串转换为字符数组，并对字符数组进行排序。排序后的结果对于互为字母异位词的字符串来说是相同的。
利用哈希表归类
- 以排序后的字符串作为键。
- 使用 HashMap<String, List<String>> 快速查找，判断该键是否已存在。
- 如果存在，则将原字符串加入对应的列表；如果不存在，则创建一个新的列表并添加字符串。
整理输出结果
将哈希表中所有的字符串列表（即各组字母异位词）转换为一个 List<List<String>> 并返回。

那么观察这道题目，其实我们发现这一道题目中对于数据类型的选择非常重要。刚好借这一道题目复习java中常见的数据类型，具体可见我的另一篇博客：

常见的 Java 数据类型和常用方法

结合本题「字母异位词分组」来判断数据类型和选用方法，可以从以下几个方面考虑：

输入数据类型
- 题目给定的是一个字符串数组（String[] strs）。因此，最初的数据类型是数组。数组适合存储固定数量的数据，但在题目中需要动态分组，所以接下来需要将数据分组到集合中。
分组要求
- 题目要求将所有字母异位词归为一组。由于每组的元素数量不固定，因此需要使用动态数组，比如 List。而最终返回的结果是一个包含多个字符串列表的集合，即 List<List<String>>。
如何快速查找和归类
- 当需要根据某种规则（这里是将字符串排序后的结果）来将数据归类时，哈希表（Map）是很好的选择。
- 具体来说，可以用 HashMap<String, List<String>>：
  - 键（Key）：排序后的字符串，用来表示该组的“标准形式”。
  - 值（Value）：一个 List<String>，存放所有与该键对应的原字符串（即字母异位词组）。
- 使用 HashMap 可以在遍历每个字符串时，快速判断排序后的字符串是否已经作为键存在，从而决定是新建一个列表还是向已有列表中添加字符串。
操作数据的灵活性
- ArrayList：
  - 动态数组 ArrayList 实现了 List 接口，可以方便地添加和遍历元素，适用于存放分组后的字符串列表。
  - 最终需要将 HashMap 中的所有值转换成 List<List<String>>，因此选择 ArrayList 作为返回类型。

总结一下就是：

输入：题目提供的是 String[]（数组）。
分组存储：为了根据排序后的字符串快速归类，选用 HashMap<String, List<String>>。
分组内的数据：每组的字符串数量不定，选用 ArrayList<String> 来存储每组的字符串。
最终返回：题目要求返回的结果是一个列表的列表，因此选用 List<List<String>>，可以通过 new ArrayList<>(map.values()) 得到。

问题与解答

下面我们借助一些问题来巩固一下这道题目！

[NOTE] 问题1
问题1：Map<String, List<String>> map = new HashMap<String, List<String>>();这句话中List<String>是什么用法？是字符串列表吗？

解释：
List<String> 是 Java 泛型（Generics）的一种用法，表示一个只能存放字符串（String）的列表。泛型帮助你在编译时检查数据类型，防止放入错误类型的元素。List<String> 表示一个字符串列表，它只能存储字符串。
常见使用场景：

存储数据集合：当你需要按顺序存放多个字符串时，可以使用 List<String>。例如存储用户输入的一组单词。
分组数据：在本题中，我们需要将所有互为字母异位词的字符串归为一组，所以每个键对应一个字符串列表。

示例说明：
// 定义一个只存储字符串的列表
List<String> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add("Apple");
fruits.add("Banana");
fruits.add("Cherry");
System.out.println(fruits);  // 输出：[Apple, Banana, Cherry]

[NOTE] 问题2
问题2：for(String str : strs)这样的循环和for(int i = 0；i < nums.length; i++)这种常见的有什么区别？
解释：

for(String str : strs) 是 增强型 for 循环（for-each 循环），适用于遍历数组或集合中的每个元素，代码更简洁且没有下标操作。
for(int i = 0; i < nums.length; i++) 是传统的 for 循环，需要使用下标访问数组元素，适用于需要知道元素索引或在遍历过程中修改下标的场景。
举例说明：
String[] words = {"hello", "world"};
// 增强 for 循环
for (String word : words) {
   System.out.println(word);
}

// 传统 for 循环
for (int i = 0; i < words.length; i++) {
  System.out.println(words[i]);
}
两种方式都可以遍历数组，但 for-each 写法更加简洁且避免了索引越界的风险。

[NOTE] 问题3
问题3：Arrays.sort(array);这句的用法是java自带的吗？对字符数组排序是怎么做到的？转换为ASCII码吗？

Arrays.sort(array); 是 Java 自带的工具方法，位于 java.util.Arrays 类中。
当对字符数组排序时，底层会使用一种高效的排序算法（如双轴快速排序）对字符的 Unicode 值进行比较。
对于英文小写字母，它们的 Unicode 值与 ASCII 码是一致的，所以排序时会按照字母的自然顺序（例如 a, b, c, …）排序。
示例说明：
char[] letters = {'c', 'a', 'b'};
Arrays.sort(letters);
System.out.println(new String(letters)); // 输出："abc"

[NOTE] 问题4
问题4：String key = new String(array);为什么将排序后的字符数组转换回字符串，用作哈希表中的键之后，所有字母异位词将共享同一个键？
解释：

将字符数组排序后，相同字母构成的不同单词（即字母异位词）会得到相同的排序结果。例如，“eat”、“tea”、“ate” 排序后都得到 "aet"。
用排序后的字符串作为键，就可以把这些异位词归为同一组，因为它们具有相同的键。
示例说明：
String word1 = "eat";
String word2 = "tea";
// 将两个单词转换为字符数组并排序
char[] arr1 = word1.toCharArray();
char[] arr2 = word2.toCharArray();
Arrays.sort(arr1);
Arrays.sort(arr2);
String key1 = new String(arr1); // "aet"
String key2 = new String(arr2); // "aet"
// 因为 key1 和 key2 相同，所以可以用相同的键存储在 map 中

[NOTE] 问题5
问题5：List<String> list = map.getOrDefault(key, new ArrayList<String>());这句中new ArrayList<String>()在java中是如何使用的？为什么选择这样的数据类型？
解释：

new ArrayList<String>() 表示创建一个新的空的字符串列表。
在 map.getOrDefault(key, new ArrayList<String>()) 中，如果 map中不存在 key对应的值，就返回一个新的空 ArrayList。
选择 ArrayList 是因为它实现了 List接口，具备动态调整大小、方便添加元素的特点，非常适合存储多个字符串。
示例说明：
// 假设 map 中还没有 key 为 "aet" 的条目
List<String> list = map.getOrDefault("aet", new ArrayList<String>());
list.add("eat");  // 将 "eat" 加入列表中
map.put("aet", list);

[NOTE] 问题6
问题6：return new ArrayList<List<String>>(map.values());这句中new ArrayList<String>()在java中是如何使用的？为什么选择这样的数据类型？
解释：

map.values() 返回的是一个 Collection<List<String>>，包含了 map 中所有的值（每个值是一个字符串列表）。
使用 new ArrayList<List<String>>(map.values()) 将这些值转换为一个新的 ArrayList。
选择 ArrayList 是因为返回类型要求是 List<List>，ArrayList 是 List 接口的常用实现，便于后续遍历和使用。
示例说明：
// map.values() 返回所有分组的列表
Collection<List<String>> groups = map.values();
// 将 Collection 转换成 ArrayList，以便返回
List<List<String>> result = new ArrayList<>(groups);
return result;

总结回顾

ArrayList

在这道题目中出现了ArrayList，借机回顾一下用法：
ArrayList 是一个动态数组，适用于需要频繁添加、删除和随机访问元素的场景。它提供了简单易用的 API，使得我们可以方便地操作集合数据。由于底层基于数组实现，访问速度快，但在中间插入或删除元素时可能需要移动数据，因此在设计程序时需要考虑操作的频率和数据量。

声明与初始化
- 声明一个 ArrayList 时，通常使用泛型指定存储的数据类型。例如：
  ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
- 也可以使用接口类型声明：
  List<String> list = new ArrayList<>();
添加元素
- 在列表末尾添加元素：list.add("Apple");
- 在指定位置插入元素：list.add(0, "Banana");
访问元素
- 根据下标获取元素：String fruit = list.get(0);
- 获取列表的大小： int size = list.size();
修改元素
- 替换指定位置的元素：list.set(1, "Cherry");
删除元素
- 根据下标删除元素：list.remove(0);
- 删除指定对象：list.remove("Cherry");

遍历列表

使用增强型 for 循环：

for (String item : list) {
     System.out.println(item); 
     }

使用传统 for 循环：

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {    
 System.out.println(list.get(i)); 
 }

常用其他方法
- 判断列表是否为空：list.isEmpty();
- 清空列表：list.clear();
- 检查是否包含某个元素：list.contains("Apple");
- 将列表转换为数组：String[] array = list.toArray(new String[0]);