代码随想录算法训练营Day08|344.反转字符串、541. 反转字符串II、卡码网：替换数字、151.翻转字符串里的单词、卡码网：右旋字符串

---

一、344.反转字符串

题目描述： 编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 s 的形式给出。
不要给另外的数组分配额外的空间，你必须原地修改输入数组、使用 $O(1)$ 的额外空间解决这一问题。

1. 双指针法

• 时间复杂度：$O(n)$
• 空间复杂度：$O(1)$

// 写法1
class Solution {
    public void reverseString(char[] s) {
        int n= s.length;
        for (int left = 0, right = n - 1; left < right; ++left, --right) {
            char tmp = s[left];
            s[left] = s[right];
            s[right] = tmp;
        }
    }
}

// 写法2
class Solution {
    public void reverseString(char[] s) {
        int l = 0;
        int r = s.length - 1;
        while (l < r) {
            s[l] ^= s[r];  //构造 a ^ b 的结果，并放在 a 中
            s[r] ^= s[l];  //将 a ^ b 这一结果再 ^ b ，存入b中，此时 b = a, a = a ^ b
            s[l] ^= s[r];  //a ^ b 的结果再 ^ a ，存入 a 中，此时 b = a, a = b 完成交换
            l++;
            r--;
        }
    }
}

异或运算符（⊕）具有以下性质：
自反性：对于任何数a，有$a\oplus a=0$。
结合律：对于任何数a、b和c，有$a\oplus (b\oplus c)$=$(a\oplus b)\oplus c$。
交换律：对于任何数a和b，有a ⊕ b = b ⊕ a。
同一律：对于任何数a，有a ⊕ 0 = a。
零元律：对于任何数a，有$a\oplus a=0$。
写法2 进行了 XOR 操作，具体过程用数学公式如下：
假设$a=s[l]$, $b=s[r]$，那么经过 XOR 操作后有：
$a=a\oplus b$,
$b=a\oplus b=(a\oplus b)\oplus b=a\oplus (b\oplus b)=a$,
$a=b\oplus a=a\oplus (a\oplus b)=(a\oplus a)\oplus b=b$

二、541. 反转字符串II

题目描述： 给定一个字符串 s 和一个整数 k，从字符串开头算起，每计数至 2k 个字符，就反转这 2k 字符中的前 k 个字符。

• 如果剩余字符少于 k 个，则将剩余字符全部反转。
• 如果剩余字符小于 2k 但大于或等于 k 个，则反转前 k 个字符，其余字符保持原样。

1. 字符串解法

• 时间复杂度：$O(n)$
• 空间复杂度：$O(1)$或$O(n)$

// 写法1
class Solution {
    public String reverseStr(String s, int k) {
        int n = s.length();
        char[] arr = s.toCharArray();
        for (int i = 0; i < n; i += 2 * k) {
            reverse(arr, i, Math.min(i + k, n) - 1);
        } 
        return new String(arr);
    }
    
    public void reverse(char[] arr, int left, int right) {
        while (left < right) {
            char temp = arr[left];
            arr[left] = arr[right];
            arr[right] = temp;
            left++;
            right--;
        }
    }
}

// 写法2
class Solution {
    public String reverseStr(String s, int k) {
        char[] ch = s.toCharArray();
        for (int i = 0; i < ch.length; i += 2 * k) {
            int start = i;
            // 这里判断尾数够不够k个来取end指针的位置
            int end = Math.min(ch.length - 1, start + k - 1);
            // 用异或运算反转
            while (start < end) {
                ch[start] ^= ch[end];
                ch[end] ^= ch[start];
                ch[start] ^= ch[end];
                start++;
                end--;
            }
        }
        return new String(ch);
    }
}

三、卡码网：替换数字

题目描述： 给定一个字符串 s，它包含小写字母和数字字符，请编写一个函数，将字符串中的字母字符保持不变，而将每个数字字符替换为number。

先预先给数组扩容带填充后的大小，然后在从后向前进行操作。

• 时间复杂度：$O(n)$
• 空间复杂度：$O(1)$

import java.util.Scanner;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        String s = in.nextLine();
        int r = s.length() - 1;
        String str = "";
        for (int i = 0; i <= r; i++) {
            if (s.charAt(i) < '0' || s.charAt(i) > '9') {
                str += s.charAt(i);
            } else {
                str += "number";
            }
        }
        System.out.println(str);
    }
}

四、151.翻转字符串里的单词

题目描述： 给定一个字符串，逐个翻转字符串中的每个单词。

总体思路：移除多余空格 >>> 将整个字符串反转 >>> 将每个单词反转

1.使用库函数

split分割 >>> reverse 反转 >>> join拼接

• 时间复杂度：$O(n)$
• 空间复杂度：$O(n)$

class Solution {
    public String reverseWords(String s) {
        // 出去开头和末尾的空白字符
        s = s.trim();
        // 正则匹配连续的空白字符作为分隔符分割
        List<String> wordList = Arrays.asList(s.split("\\s+"));
        Collections.reverse(wordList);
        return String.join(" ", wordList);
    }
}

2.自行编写函数

首先得把字符串转化成其他可变的数据结构，同时还需要在转化的过程中去除空格。

• 时间复杂度：$O(n)$
• 空间复杂度：$O(n)$

class Solution {
    public String reverseWords(String s) {
        // 1.去除首尾及中间多余空格
        StringBuilder sb = removeSpace(s);
        // 2.反转整个字符串
        reverseString(sb, 0, sb.length() - 1);
        // 3.反转各个单词
        reverseEachWord(sb);
        return sb.toString();
    }

    private StringBuilder removeSpace(String s) {
        int start = 0;
        int end = s.length() - 1;
        while (s.charAt(start) == ' ') start++;
        while (s.charAt(end) == ' ') end--;
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while (start <= end) {
            char c = s.charAt(start);
            if (c != ' ' || sb.charAt(sb.length() - 1) != ' ') {
                sb.append(c);
            }
            start++;
        }
        return sb;
    }

    // 反转字符串指定区间[start, end]的字符
    public void reverseString(StringBuilder sb, int start, int end) {
        while (start < end) {
            char temp = sb.charAt(start);
            sb.setCharAt(start, sb.charAt(end));
            sb.setCharAt(end, temp);
            start++;
            end--;
        }
    }

    private void reverseEachWord(StringBuilder sb) {
        int start = 0;
        int end = 1;
        int n = sb.length();
        while(start < n) {
            while(end < n && sb.charAt(end) != ' ') {
                end++;
            }
            reverseString(sb, start, end - 1);
            start = end + 1;
            end = start + 1;
        }
    }
}

3.创建字符数组填充

• 时间复杂度：$O(n)$

class Solution {
    public String reverseWords(String s) {
        //源字符数组
        char[] initialArr = s.toCharArray();
        //新字符数组
        char[] newArr = new char[initialArr.length+1];//下面循环添加"单词 "，最终末尾的空格不会返回
        int newArrPos = 0;
        //i来进行整体对源字符数组从后往前遍历
        int i = initialArr.length-1;
        while(i>=0){
            while(i>=0 && initialArr[i] == ' '){i--;}  //跳过空格
            //此时i位置是边界或!=空格，先记录当前索引，之后的while用来确定单词的首字母的位置
            int right = i;
            while(i>=0 && initialArr[i] != ' '){i--;} 
            //指定区间单词取出(由于i为首字母的前一位，所以这里+1,)，取出的每组末尾都带有一个空格
            for (int j = i+1; j <= right; j++) {
                newArr[newArrPos++] = initialArr[j];
                if(j == right){
                    newArr[newArrPos++] = ' ';//空格
                }
            }
        }
        //若是原始字符串没有单词，直接返回空字符串；若是有单词，返回0-末尾空格索引前范围的字符数组(转成String返回)
        if(newArrPos == 0){
            return "";
        }else{
            return new String(newArr,0,newArrPos-1);
        }
    }
}

3.双反转+移位

在原数组上进行反转

• 空间复杂度：$O(1)$

class Solution {
    /**
     * 思路：
     *	①反转字符串  "the sky is blue " => " eulb si yks eht"
     *	②遍历 " eulb si yks eht"，每次先对某个单词进行反转再移位
     *	   这里以第一个单词进行为演示：" eulb si yks eht" ==反转=> " blue si yks eht" ==移位=> "blue si yks eht"
     */
    public String reverseWords(String s) {
        //步骤1：字符串整体反转（此时其中的单词也都反转了）
        char[] initialArr = s.toCharArray();
        reverse(initialArr, 0, s.length() - 1);
        int k = 0;
        for (int i = 0; i < initialArr.length; i++) {
            if (initialArr[i] == ' ') {
                continue;
            }
            int tempCur = i;
            while (i < initialArr.length && initialArr[i] != ' ') {
                i++;
            }
            for (int j = tempCur; j < i; j++) {
                if (j == tempCur) { //步骤二：二次反转
                    reverse(initialArr, tempCur, i - 1);//对指定范围字符串进行反转，不反转从后往前遍历一个个填充有问题
                }
                //步骤三：移动操作
                initialArr[k++] = initialArr[j];
                if (j == i - 1) { //遍历结束
                    //避免越界情况，例如=> "asdasd df f"，不加判断最后就会数组越界
                    if (k < initialArr.length) {
                        initialArr[k++] = ' ';
                    }
                }
            }
        }
        if (k == 0) {
            return "";
        } else {
            //参数三：以防出现如"asdasd df f"=>"f df asdasd"正好凑满不需要省略空格情况
            return new String(initialArr, 0, (k == initialArr.length) && (initialArr[k - 1] != ' ') ? k : k - 1);
        }
    }

    public void reverse(char[] chars, int begin, int end) {
        for (int i = begin, j = end; i < j; i++, j--) {
            chars[i] ^= chars[j];
            chars[j] ^= chars[i];
            chars[i] ^= chars[j];
        }
    }
}

五、卡码网：右旋字符串

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”。

1. 自行编写函数

整体思路：通过 整体倒叙，把两段子串顺序颠倒，两个段子串里的的字符在倒叙一把，负负得正，这样就不影响子串里面字符的顺序了。

// 写法1
import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        int n = Integer.parseInt(in.nextLine());
        String s = in.nextLine();

        int len = s.length();  //获取字符串长度
        char[] chars = s.toCharArray();
        reverseString(chars, 0, len - 1);  //反转整个字符串
        reverseString(chars, 0, n - 1);  //反转前一段字符串，此时的字符串首尾尾是0,n - 1
        reverseString(chars, n, len - 1);  //反转后一段字符串，此时的字符串首尾尾是n,len - 1
        
        System.out.println(chars);

    }

    public static void reverseString(char[] ch, int start, int end) {
        //异或法反转字符串，参照题目 344.反转字符串的解释
        while (start < end) {
            ch[start] ^= ch[end];
            ch[end] ^= ch[start];
            ch[start] ^= ch[end];
            start++;
            end--;
        }
    }
}

如果先局部反转，那么先反转的子串长度就是 len - n。

// 写法2
import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        int n = Integer.parseInt(in.nextLine());
        String s = in.nextLine();

        int len = s.length();  //获取字符串长度
        char[] chars = s.toCharArray();
        reverseString(chars, 0, len - n - 1);  //反转前一段字符串，此时的字符串首尾是0,len - n - 1
        reverseString(chars, len - n, len - 1);  //反转后一段字符串，此时的字符串首尾是len - n,len - 1
        reverseString(chars, 0, len - 1);  //反转整个字符串

        System.out.println(chars);

    }

    public static void reverseString(char[] ch, int start, int end) {
        //异或法反转字符串，参照题目 344.反转字符串的解释
        while (start < end) {
            ch[start] ^= ch[end];
            ch[end] ^= ch[start];
            ch[start] ^= ch[end];
            start++;
            end--;
        }
    }
}

---

总结

以上就是今天学习的内容，不得不说库函数真的很节省代码量，然而对于初学者来说，构建函数更容易掌握底层原理。