[演算法總結] 13 道題搞定 BAT 面試——字串

wwwxmu發表於2018-09-05

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1. KMP 演算法

談到字串問題，不得不提的就是 KMP 演算法，它是用來解決字串查詢的問題，可以在一個字串（S）中查詢一個子串（W）出現的位置。KMP 演算法把字元匹配的時間複雜度縮小到 O(m+n) ,而空間複雜度也只有O(m)。因為“暴力搜尋”的方法會反覆回溯主串，導致效率低下，而KMP演算法可以利用已經部分匹配這個有效資訊，保持主串上的指標不回溯，通過修改子串的指標，讓模式串儘量地移動到有效的位置。

具體演算法細節請參考：

1.1 BM 演算法

BM演算法也是一種精確字串匹配演算法，它採用從右向左比較的方法，同時應用到了兩種啟發式規則，即壞字元規則和好字尾規則，來決定向右跳躍的距離。基本思路就是從右往左進行字元匹配，遇到不匹配的字元後從壞字元表和好字尾表找一個最大的右移值，將模式串右移繼續匹配。字串匹配的KMP演算法

2. 替換空格

劍指offer：替換空格請實現一個函式，將一個字串中的每個空格替換成“%20”。例如，當字串為We Are Happy.則經過替換之後的字串為We%20Are%20Happy。

public class Solution {
    public String replaceSpace(StringBuffer str) {
        StringBuffer res = new StringBuffer();
        int len = str.length() - 1;
        for(int i = len; i >= 0; i--){
            if(str.charAt(i) == ' ')
                res.append("02%");
            else
                res.append(str.charAt(i));
        }
        return res.reverse().toString();
    }
}
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3. 最長公共字首

Leetcode: 最長公共字首編寫一個函式來查詢字串陣列中的最長公共字首。如果不存在公共字首，返回空字串 ""。

首先對字串陣列進行排序，然後拿陣列中的第一個和最後一個字串進行比較，從第 0 位開始，如果相同，把它加入 res 中，不同則退出。最後返回 res

class Solution {
    public String longestCommonPrefix(String[] strs) {
        if(strs == null || strs.length == 0)
            return "";
        Arrays.sort(strs);
        char [] first = strs[0].toCharArray();
        char [] last = strs[strs.length - 1].toCharArray();
        StringBuffer res = new StringBuffer();
        int len = first.length < last.length ? first.length : last.length;
        int i = 0;
        while(i < len){
            if(first[i] == last[i]){
                res.append(first[i]);
                i++;
            }
            else
                break;
        }
        return res.toString();
    }
}
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4. 最長迴文串

LeetCode: 最長迴文串給定一個包含大寫字母和小寫字母的字串，找到通過這些字母構造成的最長的迴文串。在構造過程中，請注意區分大小寫。比如 "Aa" 不能當做一個迴文字串。

統計字母出現的次數即可，雙數才能構成迴文。因為允許中間一個數單獨出現，比如“abcba”，所以如果最後有字母落單，總長度可以加 1。

class Solution {
    public int longestPalindrome(String s) {
        HashSet<Character> hs = new HashSet<>();
        int len = s.length();
        int count = 0;
        if(len == 0)
            return 0;
        for(int i = 0; i<len; i++){
            if(hs.contains(s.charAt(i))){
                hs.remove(s.charAt(i));
                count++;
            }else{
                hs.add(s.charAt(i));
            }
        }
        return hs.isEmpty() ? count * 2 : count * 2 + 1;
    }
}
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4.1 驗證迴文串

Leetcode: 驗證迴文串給定一個字串，驗證它是否是迴文串，只考慮字母和數字字元，可以忽略字母的大小寫。說明：本題中，我們將空字串定義為有效的迴文串。

兩個指標比較頭尾。要注意只考慮字母和數字字元，可以忽略字母的大小寫。

class Solution {
    public boolean isPalindrome(String s) {
        if(s.length() == 0)
             return true;
        int l = 0, r = s.length() - 1;
        while(l < r){
            if(!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(l))){
                l++;
            }else if(!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(r))){
                r--;
            }else{
                if(Character.toLowerCase(s.charAt(l)) != Character.toLowerCase(s.charAt(r)))
                    return false;
                l++;
                r--;
            } 
        }
        return true;
    }
}
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4.2 最長迴文子串

LeetCode: 最長迴文子串給定一個字串 s，找到 s 中最長的迴文子串。你可以假設 s 的最大長度為1000。

以某個元素為中心，分別計算偶數長度的迴文最大長度和奇數長度的迴文最大長度。

class Solution {
    private int index, len;
    public String longestPalindrome(String s) {
        if(s.length() < 2)
            return s;
        for(int i = 0; i < s.length()-1; i++){
            PalindromeHelper(s, i, i);
            PalindromeHelper(s, i, i+1);
        }
        return s.substring(index, index+len);
    }
    public void PalindromeHelper(String s, int l, int r){
        while(l >= 0 && r < s.length() && s.charAt(l) == s.charAt(r)){
            l--;
            r++;
        }
        if(len < r - l - 1){
            index = l + 1;
            len = r - l - 1;
        }
    }
}
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4.3 最長迴文子序列

LeetCode: 最長迴文子序列給定一個字串s，找到其中最長的迴文子序列。可以假設s的最大長度為1000。最長迴文子序列和上一題最長迴文子串的區別是，子串是字串中連續的一個序列，而子序列是字串中保持相對位置的字元序列，例如，"bbbb"可以使字串"bbbab"的子序列但不是子串。

動態規劃： dp[i][j] = dp[i+1][j-1] + 2 if s.charAt(i) == s.charAt(j) otherwise, dp[i][j] = Math.max(dp[i+1][j], dp[i][j-1])

class Solution {
    public int longestPalindromeSubseq(String s) {
        int len = s.length();
        int [][] dp = new int[len][len];
        for(int i = len - 1; i>=0; i--){
            dp[i][i] = 1;
            for(int j = i+1; j < len; j++){
                if(s.charAt(i) == s.charAt(j))
                    dp[i][j] = dp[i+1][j-1] + 2;
                else
                    dp[i][j] = Math.max(dp[i+1][j], dp[i][j-1]);
            }
        }
        return dp[0][len-1];
    }
}
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5. 字串的排列

Leetcode: 字串的排列給定兩個字串 s1 和 s2，寫一個函式來判斷 s2 是否包含 s1 的排列。換句話說，第一個字串的排列之一是第二個字串的子串。

我們不用真的去算出s1的全排列，只要統計字元出現的次數即可。可以使用一個雜湊表配上雙指標來做。

class Solution {
    public boolean checkInclusion(String s1, String s2) {
        int l1 = s1.length();
        int l2 = s2.length();
        int [] count = new int [128];
        if(l1 > l2)
            return false;
        for(int i = 0; i<l1; i++){
            count[s1.charAt(i) - 'a']++;
            count[s2.charAt(i) - 'a']--;
        }
        if(allZero(count))
            return true;
        for(int i = l1; i<l2; i++){
            count[s2.charAt(i) - 'a']--;
            count[s2.charAt(i-l1) - 'a']++;
            if(allZero(count))
                return true;
        }
        return false;
    }
    public boolean allZero(int [] count){
        int l = count.length;
        for(int i = 0; i < l; i++){
            if(count[i] != 0)
                return false;
        }
        return true;
    }
}
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6. 列印字串的全排列

劍指offer：字串的排列輸入一個字串,按字典序列印出該字串中字元的所有排列。例如輸入字串abc,則列印出由字元a,b,c所能排列出來的所有字串abc,acb,bac,bca,cab和cba。

把問題拆解成簡單的步驟：第一步求所有可能出現在第一個位置的字元（即把第一個字元和後面的所有字元交換[相同字元不交換]）；第二步固定第一個字元，求後面所有字元的排列。這時候又可以把後面的所有字元拆成兩部分（第一個字元以及剩下的所有字元），依此類推。這樣，我們就可以用遞迴的方法來解決。

public class Solution {
    ArrayList<String> res = new ArrayList<String>();
    public ArrayList<String> Permutation(String str) {
        if(str == null)
            return res;
        PermutationHelper(str.toCharArray(), 0);
        Collections.sort(res);
        return res;
    }
    public void PermutationHelper(char[] str, int i){
        if(i == str.length - 1){
            res.add(String.valueOf(str));
        }else{
            for(int j = i; j < str.length; j++){
                if(j!=i && str[i] == str[j])
                    continue;
                swap(str, i, j);
                PermutationHelper(str, i+1);
                swap(str, i, j);
            }
        }
    }
    public void swap(char[] str, int i, int j) {
        char temp = str[i];
        str[i] = str[j];
        str[j] = temp;
    }
}
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7. 第一個只出現一次的字元

劍指offer: 第一個只出現一次的字元在一個字串(0<=字串長度<=10000，全部由字母組成)中找到第一個只出現一次的字元,並返回它的位置, 如果沒有則返回 -1.

先在hash表中統計各字母出現次數，第二次掃描直接訪問hash表獲得次數。也可以用陣列代替hash表。

import java.util.HashMap;
public class Solution {
    public int FirstNotRepeatingChar(String str) {
        int len = str.length();
        if(len == 0)
            return -1;
        HashMap<Character, Integer> map = new HashMap<>();
        for(int i = 0; i < len; i++){
            if(map.containsKey(str.charAt(i))){
                int value = map.get(str.charAt(i));
                map.put(str.charAt(i), value+1);
            }else{
                map.put(str.charAt(i), 1);
            }
        }
        for(int i = 0; i < len; i++){
            if(map.get(str.charAt(i)) == 1)
                return i;
        }
        return -1;
    }
}
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8. 翻轉單詞順序列

劍指offer: 翻轉單詞順序列 LeetCode: 翻轉字串裡的單詞

藉助trim()和 split()就很容易搞定

public class Solution {
    public String reverseWords(String s) {
        if(s.trim().length() == 0)
            return s.trim();
        String [] temp = s.trim().split(" +");
        String res = "";
        for(int i = temp.length - 1; i > 0; i--){
            res += temp[i] + " ";
        }
        return res + temp[0];

    }
}
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9. 旋轉字串

Leetcode: 旋轉字串給定兩個字串, A 和 B。 A 的旋轉操作就是將 A 最左邊的字元移動到最右邊。例如, 若 A = 'abcde'，在移動一次之後結果就是'bcdea' 。如果在若干次旋轉操作之後，A 能變成B，那麼返回True。

一行程式碼搞定

class Solution {
    public boolean rotateString(String A, String B) {
        return A.length() == B.length() && (A+A).contains(B);
    }
}
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9.1 左旋轉字串

劍指offer: 左旋轉字串組合語言中有一種移位指令叫做迴圈左移（ROL），現在有個簡單的任務，就是用字串模擬這個指令的運算結果。對於一個給定的字元序列S，請你把其迴圈左移K位後的序列輸出。例如，字元序列S=”abcXYZdef”,要求輸出迴圈左移3位後的結果，即“XYZdefabc”。是不是很簡單？OK，搞定它！

在第 n 個字元後面將切一刀，將字串分為兩部分，再重新並接起來即可。注意字串長度為 0 的情況。

public class Solution {
    public String LeftRotateString(String str,int n) {
        int len = str.length();
        if(len == 0)
            return "";
        n = n % len;
        String s1 = str.substring(n, len);
        String s2 = str.substring(0, n);
        return s1+s2;
    }
}
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9.2 反轉字串

LeetCode: 反轉字串編寫一個函式，其作用是將輸入的字串反轉過來。

class Solution {
    public String reverseString(String s) {
        if(s.length() < 2)
            return s;
        int l = 0, r = s.length() - 1;
        char [] strs = s.toCharArray(); 
        while(l < r){
            char temp = strs[l];
            strs[l] = strs[r];
            strs[r] = temp;
            l++;
            r--;
        }
        return new String(strs);
    }
}
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10. 把字串轉換成整數

劍指offer: 把字串轉換成整數將一個字串轉換成一個整數(實現Integer.valueOf(string)的功能，但是string不符合數字要求時返回0)，要求不能使用字串轉換整數的庫函式。數值為0或者字串不是一個合法的數值則返回0。

public class Solution {
    public int StrToInt(String str) {
        if(str.length() == 0)
            return 0;
        int flag = 0;
        if(str.charAt(0) == '+')
            flag = 1;
        else if(str.charAt(0) == '-')
            flag = 2;
        int start = flag > 0 ? 1 : 0;
        long res = 0;
        while(start < str.length()){
            if(str.charAt(start) > '9' || str.charAt(start) < '0')
                return 0;
            res = res * 10 + (str.charAt(start) - '0');
            start ++;
        }
        return flag == 2 ? -(int)res : (int)res;
    }
}
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11. 正規表示式匹配

劍指offer：正規表示式匹配請實現一個函式用來匹配包括’.’和’*’的正規表示式。模式中的字元’.’表示任意一個字元，而’*’表示它前面的字元可以出現任意次（包含0次）。在本題中，匹配是指字串的所有字元匹配整個模式。例如，字串”aaa”與模式”a.a”和”ab*ac*a”匹配，但是與”aa.a”和”ab*a”均不匹配

動態規劃：這裡我們採用dp[i+1][j+1]代表s[0..i]匹配p[0..j]的結果，結果自然是採用布林值True/False來表示。首先，對邊界進行賦值，顯然dp[0][0] = true，兩個空字串的匹配結果自然為True; 接著，我們對dp[0][j+1]進行賦值，因為 i=0 是空串，如果一個空串和一個匹配串想要匹配成功，那麼只有可能是p.charAt(j) == '*' && dp[0][j-1] 之後，就可以愉快地使用動態規劃遞推方程了。

public boolean isMatch(String s, String p) {
    if (s == null || p == null) {
        return false;
    }
    boolean[][] dp = new boolean[s.length()+1][p.length()+1];
    dp[0][0] = true;
    for (int j = 0; i < p.length(); j++) {
        if (p.charAt(j) == '*' && dp[0][j-1]) {
            dp[0][j+1] = true;
        }
    }
    for (int i = 0 ; i < s.length(); i++) {
        for (int j = 0; j < p.length(); j++) {
            if (p.charAt(j) == '.') {
                dp[i+1][j+1] = dp[i][j];
            }
            if (p.charAt(j) == s.charAt(i)) {
                dp[i+1][j+1] = dp[i][j];
            }
            if (p.charAt(j) == '*') {
                if (p.charAt(j-1) != s.charAt(i) && p.charAt(j-1) != '.') {
                    dp[i+1][j+1] = dp[i+1][j-1];
                } else {
                    dp[i+1][j+1] = (dp[i+1][j] || dp[i][j+1] || dp[i+1][j-1]);
                }
            }
        }
    }
    return dp[s.length()][p.length()];
}
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12. 表示數值的字串

劍指offer: 表示數值的字串請實現一個函式用來判斷字串是否表示數值（包括整數和小數）。例如，字串”+100″,”5e2″,”-123″,”3.1416″和”-1E-16″都表示數值。但是”12e”,”1a3.14″,”1.2.3″,”+-5″和”12e+4.3″都不是。

設定三個標誌符分別記錄“+/-”、“e/E”和“.”是否出現過。

public class Solution {
    public boolean isNumeric(char[] str) {
        int len = str.length;
        boolean sign = false, decimal = false, hasE = false;
        for(int i = 0; i < len; i++){
            if(str[i] == '+' || str[i] == '-'){
                if(!sign && i > 0 && str[i-1] != 'e' && str[i-1] != 'E')
                    return false;
                if(sign && str[i-1] != 'e' && str[i-1] != 'E')
                    return false;
                sign = true;
            }else if(str[i] == 'e' || str[i] == 'E'){
                if(i == len - 1)
                    return false;
                if(hasE)
                    return false;
                hasE = true;
            }else if(str[i] == '.'){
                if(hasE || decimal)
                    return false;
                decimal = true;
            }else if(str[i] < '0' || str[i] > '9')
                return false;
        }
        return true;
    }
}
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13. 字元流中第一個不重複的字元

劍指offer: 字元流中第一個不重複的字元請實現一個函式用來找出字元流中第一個只出現一次的字元。例如，當從字元流中只讀出前兩個字元”go”時，第一個只出現一次的字元是”g”。當從該字元流中讀出前六個字元“google”時，第一個只出現一次的字元是”l”。

用一個雜湊表來儲存每個字元及其出現的次數，另外用一個字串 s 來儲存字元流中字元的順序。

import java.util.HashMap;
public class Solution {
    HashMap<Character, Integer> map = new HashMap<Character, Integer>();
    StringBuffer s = new StringBuffer();
    //Insert one char from stringstream
    public void Insert(char ch)
    {
        s.append(ch);
        if(map.containsKey(ch)){
            map.put(ch, map.get(ch)+1);
        }else{
            map.put(ch, 1);
        }
    }
  //return the first appearence once char in current stringstream
    public char FirstAppearingOnce()
    {
        for(int i = 0; i < s.length(); i++){
            if(map.get(s.charAt(i)) == 1)
                return s.charAt(i);
        }
        return '#';
    }
}
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