24暑假算法刷题 | Day9 | LeetCode 151. 反转字符串中的单词，28. 找出字符串中第一个匹配项的下标，459. 重复的子字符串，卡码网 55. 右旋字符串_反转字符串如果字符串在你使用的编程语言中是一种可变数据类型,请尝试使用 o(1)-优快云博客

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151. 反转字符串中的单词

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题目描述

给你一个字符串 s ，请你反转字符串中单词的顺序。

单词是由非空格字符组成的字符串。s 中使用至少一个空格将字符串中的单词分隔开。

返回单词顺序颠倒且单词之间用单个空格连接的结果字符串。

**注意：**输入字符串 s中可能会存在前导空格、尾随空格或者单词间的多个空格。返回的结果字符串中，单词间应当仅用单个空格分隔，且不包含任何额外的空格。

示例 1：

输入：s = "the sky is blue"
输出："blue is sky the"

示例 2：

输入：s = "  hello world  "
输出："world hello"
解释：反转后的字符串中不能存在前导空格和尾随空格。

示例 3：

输入：s = "a good   example"
输出："example good a"
解释：如果两个单词间有多余的空格，反转后的字符串需要将单词间的空格减少到仅有一个。

提示：

1 <= s.length <= 104
s 包含英文大小写字母、数字和空格 ' '
s 中 至少存在一个 单词

进阶： 如果字符串在你使用的编程语言中是一种可变数据类型，请尝试使用 O(1) 额外空间复杂度的原地解法。

题解

题目中主要问题有二：

将句子中的单词排列顺序反转，但是单词内容本身不反转
去除冗余的空格

所以想到用栈来实现，将句中单词依次入栈，这样出栈时就自然解决了排列顺序反转的问题；出栈时，每个单词加入新字符串并添加一个空格，最后删除最后一个多余的空格，这样就解决了去除重复空格的问题。

细节方面，从原句读取单词可以通过遍历原句，每次遇到空格就将前面的字符“打包”成新单词入栈，但是这样要注意先在原句末尾加一个空格，以保证最后一个单词也能入栈。

代码（C++）

string reverseWords(string s)
{
    // 思路：用栈存储各单词，既能自然反转，又便于去除重复的空格
    string word = "";
    stack<string> wordStack;
    s += " "; // 先在结尾添加空格，确保最后一个单词也入栈
    for (char c : s) {
        if (c != ' ')
            word += c;
        else {
            if (word != "") {
                wordStack.push(word);
                word = "";
            }
        }
    }
    string res = "";
    while (!empty(wordStack)) {
        res += wordStack.top();
        res += " ";
        wordStack.pop();
    }
    res.pop_back(); // 去掉结尾的空格
    return res;
}

此外，如果考虑原地修改字符串，将空间复杂度降为 $O (1)$ ，可以综合运用双指针等方法实现，总体思路为

去除字符串中多余的空格
反转整个字符串
反转字符串的每一个单词（就把单词本身又倒回来了）

代码实现（C++）参考代码随想录：

class Solution {
public:
    void reverse(string& s, int start, int end){ //翻转，区间写法：左闭右闭 []
        for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
            swap(s[i], s[j]);
        }
    }

    void removeExtraSpaces(string& s) {//去除所有空格并在相邻单词之间添加空格, 快慢指针。
        int slow = 0;   //整体思想参考https://programmercarl.com/0027.移除元素.html
        for (int i = 0; i < s.size(); ++i) { //
            if (s[i] != ' ') { //遇到非空格就处理，即删除所有空格。
                if (slow != 0) s[slow++] = ' '; //手动控制空格，给单词之间添加空格。slow != 0说明不是第一个单词，需要在单词前添加空格。
                while (i < s.size() && s[i] != ' ') { //补上该单词，遇到空格说明单词结束。
                    s[slow++] = s[i++];
                }
            }
        }
        s.resize(slow); //slow的大小即为去除多余空格后的大小。
    }

    string reverseWords(string s) {
        removeExtraSpaces(s); //去除多余空格，保证单词之间之只有一个空格，且字符串首尾没空格。
        reverse(s, 0, s.size() - 1);
        int start = 0; //removeExtraSpaces后保证第一个单词的开始下标一定是0。
        for (int i = 0; i <= s.size(); ++i) {
            if (i == s.size() || s[i] == ' ') { //到达空格或者串尾，说明一个单词结束。进行翻转。
                reverse(s, start, i - 1); //翻转，注意是左闭右闭 []的翻转。
                start = i + 1; //更新下一个单词的开始下标start
            }
        }
        return s;
    }
};

28. 找出字符串中第一个匹配项的下标

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题目描述

给你两个字符串 haystack 和 needle ，请你在 haystack 字符串中找出 needle 字符串的第一个匹配项的下标（下标从 0 开始）。如果 needle 不是 haystack 的一部分，则返回 -1 。

示例 1：

输入：haystack = "sadbutsad", needle = "sad"
输出：0
解释："sad" 在下标 0 和 6 处匹配。
第一个匹配项的下标是 0 ，所以返回 0 。

示例 2：

输入：haystack = "leetcode", needle = "leeto"
输出：-1
解释："leeto" 没有在 "leetcode" 中出现，所以返回 -1 。

提示：

1 <= haystack.length, needle.length <= 104
haystack 和 needle 仅由小写英文字符组成

题解

$\mathbf{KMP}$ ，启动！

这题暴力解法没什么说的，两重循环遍历即可，时间复杂度为 $O (mn)$ ，其中 $m$ 为文本串 haystack 的长度， $n$ 为模式串 needle 的长度。

于是我们采用大名鼎鼎的KMP算法解决，该算法完全讲清楚有一定难度，但网上讲解浩如烟海，故不在此解析，无基础的推荐看

文章：代码随想录-KMP
视频帮你把KMP算法学个通透！（理论篇）b站 & 帮你把KMP算法学个通透！（求next数组代码篇）b站
当初数据结构期末看了这位老师的【拯救者】Ep_串(下)-KMP算法-b站，也很受用

代码（C++）

vector<int> getNextArr(const string &needle) {
    vector<int> next(needle.size(), 0);
    for (int i = 0, j = 1; j < next.size(); j++) {
        while (i > 0 && needle[i] != needle[j]) // 不匹配：i回退
            i = next[i - 1];
        if (needle[i] == needle[j])
            i++;
        next[j] = i;
    }
    return next;
}

int strStr(string haystack, string needle)
{
    vector<int> next = getNextArr(needle);
    for (int i = 0, j = 0; i < haystack.size(); i++) {
        while (j > 0 && haystack[i] != needle[j]) 
            j = next[j - 1];
        if (haystack[i] == needle[j]) 
            j++;
        if (j == needle.size())
            return i - needle.size() + 1;
    }
    return -1;
}

459. 重复的子字符串

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题目描述

给定一个非空的字符串 s ，检查是否可以通过由它的一个子串重复多次构成。

示例 1:

输入: s = "abab"
输出: true
解释: 可由子串 "ab" 重复两次构成。

示例 2:

输入: s = "aba"
输出: false

示例 3:

输入: s = "abcabcabcabc"
输出: true
解释: 可由子串 "abc" 重复四次构成。 (或子串 "abcabc" 重复两次构成。)

提示：

1 <= s.length <= 104
s 由小写英文字母组成

题解

这题我的第一反应是：如果存在这样的子串 sub ，那么原字符串 s 的开头肯定也就是 sub ，所以可以从开头逐个尝试 sub ，期间可以根据特点剪枝：

sub 的长度最多是 s 的一半（即 s 由两个 sub 拼接而成）
s 的长度能整除 sub

于是写出如下解法：

bool repeatedSubstringPattern(string s)
{
    // 如果可以由一个子串重复多次构成，则该子串肯定在开头就能找到
    for (int len = 1; len <= s.size() / 2; len++) {
        if (s.size() % len != 0) // 原串长必为重复子串长的整数倍
            continue;
        string sub = s.substr(0, len);
        int start = len;
        for (start; start < s.size(); start += len) {
            string tempSub = s.substr(start, len);
            if (tempSub != sub)
                break;
        }
        if (start >= s.size())
            return true;
    }
    return false;
}

这样时间复杂度为 $O(n^2)$ ，较高。

一种优雅的解法如下：

bool repeatedSubstringPatternII(string s) {
    string ts = s + s;
    ts.erase(ts.begin()), ts.erase(ts.end() - 1); // 掐头去尾
    return ts.find(s) != string::npos;
}

原理如下：

如果存在满足题目条件的子串 sub ，则原字符串 s 可以表示为 subsub...subsub（n个sub）
那么将两个 s 首位相连，可以得到 ts ： subsub...subsub（2n个sub） ，显然其中又产生了新的若干 s
将 ts “掐头去尾”，排除原来的那两个 s ：_ubsub...subsu_ ，如果中间仍能找到 s ，则 s 可以由重复子串 sub 构成

上面代码中用到了 find() ，我们可以用自己的KMP算法替换，以进一步优化。不过这题更好的方案是利用KMP中的next数组实现：

vector<int> getNextArr(const string &needle)
{
    vector<int> next(needle.size(), 0);
    for (int i = 0, j = 1; j < next.size(); j++)
    {
        // 不匹配：i回退
        while (i > 0 && needle[i] != needle[j])
            i = next[i - 1];
        if (needle[i] == needle[j])
            i++;
        next[j] = i;
    }
    return next;
}

bool repeatedSubstringPatter(string s)
{
    vector<int> next = getNextArr(s);
    int n = s.size();
    int len = next[n - 1];
    return len > 0 && n % (n - len) == 0;
}

KMP算法及其next数组相关内容参见 LeetCode Q28-笔记

下面推导一下这种解法的原理。

根据next数组的定义，如果 s 是由 $n$ 个 sub 重复构成的，那么它一定有长度为 $n - 1)L_{sub}$ 的最长相等前后缀，而最长相等前后缀的长度就是next数组最后一个值。同时
$L_s = nL_{sub}$
二者相减即得到重复子串的长度 $L_{sub}$ ，这个值自然应当能被 $L_s$ 整除。

卡码网 55. 右旋字符串

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题目描述

字符串的右旋转操作是把字符串尾部的若干个字符转移到字符串的前面。给定一个字符串 s 和一个正整数 k，请编写一个函数，将字符串中的后面 k 个字符移到字符串的前面，实现字符串的右旋转操作。

例如，对于输入字符串 “abcdefg” 和整数 2，函数应该将其转换为 “fgabcde”。

输入描述

输入共包含两行，第一行为一个正整数 k，代表右旋转的位数。第二行为字符串 s，代表需要旋转的字符串。

输出描述

输出共一行，为进行了右旋转操作后的字符串。

输入示例

2
abcdefg

输出示例

fgabcde

提示信息

数据范围：
1 <= k < 10000
1 <= s.length < 10000

题解

两种基本算法，第一种是暴力解决：开一个新字符串，然后按照题目要求截取原字符串的两部分、添加到新字符串中即可：

 std::string rightSpanStr(std::string s, int k) {
    std::string front = s.substr(s.size() - k, k);
    std::string back = s.substr(0, s.size() - k);
    return front + back;
}

第二种要优雅一点，可以原地实现：先将字符串整体反转，在按照题目要求反转其中的两个部分：

void rightSpanLocal(std::string &s, int k) {
    std::reverse(s.begin(), s.end());
    std::reverse(s.begin(), s.begin() + k);
    std::reverse(s.begin() + k, s.end());
}