面试算法知识梳理(2) - 字符串算法第一部分

2023年12月10日 228次阅读 来源: 泽毛

面试算法代码知识梳理系列

面试算法知识梳理(1) – 排序算法
面试算法知识梳理(2) – 字符串算法第一部分
面试算法知识梳理(3) – 字符串算法第二部分
面试算法知识梳理(4) – 数组第一部分
面试算法知识梳理(5) – 数组第二部分
面试算法知识梳理(6) – 数组第三部分
面试算法知识梳理(7) – 数组第四部分
面试算法知识梳理(8) – 二分查找算法及其变型
面试算法知识梳理(9) – 链表算法第一部分
面试算法知识梳理(10) – 二叉查找树
面试算法知识梳理(11) – 二叉树算法第一部分
面试算法知识梳理(12) – 二叉树算法第二部分
面试算法知识梳理(13) – 二叉树算法第三部分

一、概要

本文介绍了有关字符串的算法第一部分的Java代码实现，所有代码均可通过 在线编译器 直接运行，算法目录：

  • 替换字符串中的空格
  • 输入一个字符串，打印出该字符串的所有排列
  • 第一个只出现一次的字符
  • 翻转句子
  • 计算字符串之间的最短距离

二、代码实现

2.1 替换字符串中的空格

问题描述

实现一个函数，将字符串p中的所有空格都替换成为指定的字符串r。

解决思路

  • 遍历原始的字符串p，统计原先字符串中空格的个数spaceNum。
  • 创建一个新的数组n，用于存放替换后的字符串。由于原先字符串中空格也占了一个位置，因此新数组n的长度为p.len + (r.len - 1) * spaceNum。
  • 对于p 从后往前遍历，如果 遇到了空格，那么就将需要替换的字符串r中的字符 从后往前 填入n数组中；如果 遇到了非空格，那么就将p中的字符填入n数组中。

实现代码

class Untitled {
    
    static char[] replaceSpace(char p[], char r[], int pLen, int rLen){
        int spaceNum = 0;
        int i;
        for(i = 0; i < pLen; i++){
            if(p[i] == ' ')
                spaceNum += (rLen-1);
        }
        int nLen = pLen+spaceNum;
        char n[] = new char[nLen+1];
        i = nLen-1;
        int j = pLen-1;
        while(i >= 0 && j >= 0){
            if (p[j] == ' ') {
                for (int k = rLen-1; k >= 0; k--)
                    n[i--] = r[k];
            } else {
                n[i--] = p[j];
            }
            j--;
        }
        n[nLen] = 0;
        return n;
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
        char[] source = "I am sentence with space".toCharArray();
        char[] replace = "%20".toCharArray();
        char[] result = replaceSpace(source, replace, source.length, replace.length);
        System.out.println(result);
    }
}

运行结果

>> I%20am%20sentence%20with%20space

2.2 输入一个字符串，打印出该字符串的所有排列

问题描述

输入一个字符串，打印出该字符串中字符的所有排列。例如输入字符串abc，则输出由字符a、b、c所能排列出来的所有字符串abc、acb、bac、bca、cab和cba。

解决思路

这是一个 递归问题，求一个长度为n的字符串的全排列的方法为：

  • n[0..n.len-1]全排列的计算方法为：将n[0]位置的字符分别和n[1..n.len-1]的每一个字符串交换，n[0]和交换后的n[1..n.len - 1]的全排列进行组合。我们将字符串{s}的全排列表示为{s}，那么对于abc来说，其全排列{abc}，就等于是a + {bc}、b + {ac}，c + {ba}。
  • 以此类推，n[1..n.len - 1]的全排列，则是将n[1]分别和n[2..n.len - 1]的每一个字符串交换，再求出交换后的n[2..len - 1]的全排列，递归结束的条件为n[i..n.len - 1]只有一个字符，例如，bc的全排列为b + {c}、c + {b}，而{c}和{b}的全排列只有一种，因此递归结束，这时候就可以打印出结果。

实现代码

class Untitled {
    
    static void permutationStr(char p[], int depth, int length){
        if (depth == length) {
            System.out.println(p);
            return;
        }
        char c;
        for (int i = depth; i < length; i++){
            c = p[depth]; p[depth] = p[i]; p[i] = c;
            permutationStr(p, depth+1, length);
            c = p[depth]; p[depth] = p[i]; p[i] = c;
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        char[] source = "abc".toCharArray();
        permutationStr(source, 0, source.length);
    }
}

运行结果

>> abc
>> acb
>> bac
>> bca
>> cba
>> cab

2.3 第一个只出现一次的字符

问题描述

在字符串中找出第一个只出现一次的字符。如输入abaccdeff，则输出b，要求时间复杂度为O(n)。

解决思路

这里需要采用 以空间换时间 的思想，也就是创建一个足够大的数组c，这里为256，然后对原始的数组p进行两次遍历：

  • 第一次 从头开始 遍历p，以p的值作为数组c的下标，并将c中对应位置的值加1，也就是说c[Integer.valueOf(i)]的值表示的是字符i在p中出现的次数。这和HashMap的原理有些类似，只不过是将查找的key值直接简化成为了value的整型值。
  • 第二次 从头开始 遍历p，查找数组c对应位置该值是否为1，如果为1，那么就表示它是第一次只出现一次的字符。

实现代码

class Untitled {
    
    static char firstNotRepeat(char p[], int len){
        if (len == 1) 
            return p[0];
        int c[] = new int[256];
        int i;
        char r = p[0];
        for (i = 0; i < 256; i++)
            c[i] = 0;
        for (i = 0; i < len; i++)
            c[p[i]] += 1;
        for (i = 0; i < len; i++) {
            if (c[p[i]] == 1) {
                r = p[i];
                break;
            }
        }
        return r;
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
        char[] source = "abaccdeff".toCharArray();
        char c = firstNotRepeat(source, source.length);
        System.out.println(c);
    }
}

运行结果

>> b

2.4 翻转句子

问题描述

翻转句子中单词的顺序，但单词内字符的顺序不变，句子中单词以空格符隔开。例如I am a original string翻转后的结果为string original a am I。

解决思路

实现过程分为两步：

  • 第一步，将整个句子中的所有字符都翻转
  • 第二步，遍历翻转后的句子，对于句子内的每一个单词，将其字符再翻转一次，就能保证单词内字符的顺序不变。翻转单词的时候，通过pStart和pEnd记录每次遇到单词的起止下标，并使用子方法reverseSub对单词中的字符进行翻转。

实现代码

class Untitled {
    
    static void reverseSub(char p[], int start, int end){
        char c;
        int i = start;
        int j = end;
        while(i < j){
            c = p[i]; p[i] = p[j]; p[j] = c;
            i++; j--;
        }
    }

    static void reverseSentence(char p[], int length){
        //首先翻转整个具体的所有字符。
        reverseSub(p, 0, length-1);
        int pStart = 0;
        int pEnd = 0;
        //从头开始遍历，寻找句子中的单词，pStart和pEnd分别表示单词的起止下标。
        while(pStart < length && pEnd < length){
            if(p[pStart] == ' '){
                pStart++;
                pEnd++;
            } else if (p[pEnd] == ' ' || p[pEnd] == '\0') {
                //翻转单词中的字符。
                reverseSub(p, pStart, --pEnd);
                pStart = ++pEnd;
            } else {
                pEnd++;
            }
        }
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
        char[] source = "I am a original string".toCharArray();
        System.out.println(source);
        reverseSentence(source, source.length);
        System.out.println(source);
    }
}

运行结果为：

>> string original a am I

2.5 计算字符串之间的最短距离

问题描述

假设我们有两个字符串A和B，那么如果想要将字符串A通过以下三种操作变换成B：删除、新增和修改，操作步骤的次数就称为 字符串 A 和 B 之间的距离。

现在给定两个字符串，求这两个字符串之间的最短距离。

解决思路

首先，我们需要先明确一个前提条件：如果A的长度为0，那么A和B之间的距离就为B的长度，反之对于B也如此。

下面，我们在来看普通的情况，假如A[0]和B[0]相同，那么A和B之间的距离就为A[1..A.len-1]和B[1..B.len-1]之间的距离；假如A[0]和B[0]不相同，那么想要让A和B相同，执行的操作有以下几种：

  • 删除A的第一个字符，然后计算A[1..A.len-1]和B[0..B.len-1]的距离
  • 删除B的第一个字符，然后计算A[0..A.len-1]和B[1..B.len-1]的距离
  • 修改A的第一个字符为B的第一个字符，然后计算A[1..A.len-1]和B[1..B.len-1]的距离
  • 修改B的第一个字符为A的第一个字符，然后计算A[1..A.len-1]和B[1..B.len-1]的距离
  • 增加A的第一个字符到B第一个字符之前，然后计算A[1..A.len-1]和B[0...B.len-1]的距离
  • 增加B的第一个字符到A第一个字符之前，然后计算A[0...A,len-1]和B[1..B.len-1]的距离

对于以上这六种情况，其实最终都可以归纳为 经过一次操作，再加上剩下部分的操作次数，那么我们的接下来的工作就是 求出剩下部分的操作部分的最小值。对于上面的任意一种情况，经过划分后A和B的长度都会减少，那么最终必然会达到我们在一开始谈到的 前提条件：如果A的长度为0，那么A和B之间的距离就为B的长度，反之对于B也如此。

实现代码

class Untitled {
    
    static int minValue(int t1, int t2, int t3){
        if (t1 < t2) {
            return t1 < t3 ? t1 : t3;
        } else {
            return t2 < t3 ? t2 : t3;
        }
    }

    static int calStringDis(char p1[], char p2[], int p1Start, int p2Start, int p1Len, int p2Len){
        if (p1Len == 0) {
            if (p2Len == 0)
                return 0;
            else
                return p2Len;
        }
        if (p2Len == 0) {
            if (p1Len == 0)
                return 0;
            else
                return p1Len;
        }
        if (p1[p1Start] == p2[p2Start])
            //A和B的第一个字符相同。
            return calStringDis(p1, p2, p1Start+1, p2Start+1, p1Len-1, p2Len-1);
        else {
            //(1) 删除B的第一个字符，或者将B的第一个字符放到A之前。
            int t1 = calStringDis(p1, p2, p1Start, p2Start+1, p1Len, p2Len-1);
            //(2) 删除A的第一个字符，或者将A的第一个字符放到B之前。
            int t2 = calStringDis(p1, p2, p1Start+1, p2Start, p1Len-1, p2Len);
            //(3) 修改A的第一个字符为B的第一个字符，或者修改B的第一个字符为A的第一个字符。
            int t3 = calStringDis(p1, p2, p1Start+1, p2Start+1, p1Len-1, p2Len-1);
            //计算以上三种情况的最小值，再加上这次操作的次数。
            return minValue(t1, t2, t3) + 1;
        }
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
        char[] source = "abcde".toCharArray();
        char[] other = "bcd".toCharArray();
        System.out.println("" + calStringDis(source, other, 0, 0, source.length, other.length));
    }
}

运行结果

>> 2

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    原文作者：泽毛
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