394. 字符串解码

字符串解码算法解析

题目描述:

394. 字符串解码 - 力扣(LeetCode)

给定一个经过编码的字符串,返回它解码后的字符串。

编码规则为: k[encoded_string],表示其中方括号内部的 encoded_string 正好重复 k 次。注意 k 保证为正整数。

你可以认为输入字符串总是有效的;输入字符串中没有额外的空格,且输入的方括号总是符合格式要求的。

此外,你可以认为原始数据不包含数字,所有的数字只表示重复的次数 k ,例如不会出现像 3a 或 2[4] 的输入。

测试用例保证输出的长度不会超过 105

代码思路

1、正则 + 循环替换

思路

  • 1:使用正则表达式,找到其中满足 数字[字母] 这样的子串,然后将其替换成指定格式(比方 3[a] => aaa)
  • 2:替换完成后,保留替换的结果 rs
  • 3:然后使用rs 循环步骤【1】直到找不到匹配子串
class Solution {
    public String decodeString(String s) {
        // 正则:匹配 k[xxx],其中 k 是数字,xxx 是字母
        //   (\d+)   匹配数字 k
        //   \[      匹配字符 [
        //   ([a-zA-Z]+) 匹配字母
        //   \]      匹配 ]
        String regex = "(\\d+)\\[([a-zA-Z]+)\\]";

        while (true) {
            // 找是否存在匹配片段
            if (!s.matches(".*" + regex + ".*")) {
                break; // 不存在退出循环
            }

            s = s.replaceAll(regex, m -> {
                // m.group(1) 是 k
                // m.group(2) 是 中括号内字符串
                int count = Integer.parseInt(m.group(1));
                String str = m.group(2);

                // 拼接 count 次
                StringBuilder sb = new StringBuilder();
                for (int i = 0; i < count; i++) {
                    sb.append(str);
                }
                return sb.toString();
            });
        }

        return s;
    }
}

“双栈(Two Stacks)解法”一个存数字一个存字符串

class Solution {
    public String decodeString(String s) {
         Stack<Integer> numStack = new Stack<>();
        Stack<String> strStack = new Stack<>();
        StringBuffer curstr = new StringBuffer();
        int num = 0;

        for(int i = 0;i<s.length();i++){
            char ch = s.charAt(i);
            if(Character.isAlphabetic(ch)){
                curstr.append(ch);
            } else if (Character.isDigit(ch)) {
                num = num*10+ch-'0';
            } else if (ch=='[') {
                numStack.push(num);
                strStack.push(curstr.toString());
                
                curstr = new StringBuffer();
                num=0;
            }else{ //ch=']'
                int curnum = numStack.pop();
                StringBuffer temp = new StringBuffer(strStack.pop());
                
                for(int j=0;j<curnum;j++){
                    temp.append(curstr);
                }
                curstr = temp;
            }
        }
        return curstr.toString();
    }
}

### 解法分析 LeetCode 394题要求实现字符串解码功能,输入格式为 `k[encoded_string]`,其中 `k` 是正整数,表示重复次数,`encoded_string` 是需要重复的内容。解码后返回重复 `k` 次的字符串。 该问题可以使用 **栈(Stack)** 来解决,主要思路是利用两个栈分别保存当前的数字和字符串状态。遍历输入字符串,遇到数字时保存到数字栈中,遇到字符时拼接到当前字符串,遇到 `[` 时保存当前字符串和数字到栈中,遇到 `]` 时从栈中取出数据进行解码拼接。 --- ### Java 解法实现 以下是一个清晰的实现方式,使用 `LinkedList` 作为栈结构来存储数字和字符串: ```java class Solution { public String decodeString(String s) { LinkedList<Integer> numStack = new LinkedList<>(); LinkedList<String> strStack = new LinkedList<>(); StringBuilder sb = new StringBuilder(); int num = 0; for (char c : s.toCharArray()) { if (Character.isDigit(c)) { num = num * 10 + (c - '0'); } else if (c == '[') { numStack.push(num); strStack.push(sb.toString()); sb = new StringBuilder(); num = 0; } else if (c == ']') { int repeat = numStack.pop(); String temp = sb.toString(); sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < repeat; i++) { sb.append(temp); } sb.insert(0, strStack.pop()); } else { sb.append(c); } } return sb.toString(); } } ``` --- ### 示例输入与输出 以下是一些测试用例及输出结果: - 输入:`"3[a]2[bc]"` 输出:`"aaabcbc"` - 输入:`"3[a2[c]]"` 输出:`"accaccacc"` - 输入:`"2[abc]3[cd]ef"` 输出:`"abcabccdcdcdef"` 这些测试用例可以验证解码逻辑是否正确[^5]。 --- ### 算法解析 1. **初始化栈**:使用两个栈 `numStack` 和 `strStack` 分别保存当前数字和字符串状态。 2. **数字处理**:遇到数字字符时,将其转换为整数并保存。 3. **左括号处理**:遇到 `[` 时,将当前数字和字符串压入栈中,并重置当前字符串和数字。 4. **右括号处理**:遇到 `]` 时,取出栈顶的数字和字符串,进行解码拼接。 5. **字符处理**:遇到字母时,直接追加到当前字符串中。 --- ### 时间与空间复杂度 - **时间复杂度**:`O(n)`,其中 `n` 是输入字符串的长度。每个字符最多被处理一次。 - **空间复杂度**:`O(n)`,栈和字符串构建的空间开销。 --- ### 递归解法(可选) 除了栈结构,还可以使用递归方法实现字符串解码。递归的核心思想是每次遇到 `[` 时进入下一层递归,遇到 `]` 时返回当前层的结果。 ```java class Solution { private int ptr = 0; public String decodeString(String s) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); int num = 0; while (ptr < s.length()) { char c = s.charAt(ptr); if (Character.isDigit(c)) { num = num * 10 + (c - '0'); } else if (c == '[') { ptr++; String decoded = decodeString(s); for (int i = 0; i < num; i++) { sb.append(decoded); } num = 0; } else if (c == ']') { ptr++; return sb.toString(); } else { sb.append(c); } ptr++; } return sb.toString(); } } ``` --- ### 总结 LeetCode 394题的核心在于字符串的嵌套解析,栈结构能够很好地保存当前状态,而递归方法则利用函数调用栈实现类似效果。两种方法都可以高效解决问题,选择哪种方式取决于个人编码习惯和性能需求。 ---
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