翻转字符串里的单词 (LeetCode 151)

简介: 翻转字符串里的单词 (LeetCode 151)

翻转字符串里的单词 (LeetCode 151)

Description

给定一个字符串,逐个翻转字符串中的每个单词。

Sample Input 1

"the sky is blue"

Sample Output 1

"blue is sky the"

Sample Input 2

"  hello world!  "

Sample Output 2

"world! hello"

算法思想:

这道题目可以说是综合考察了字符串的多种操作。

一些同学会使用split库函数,分隔单词,然后定义一个新的string字符串,最后再把单词倒序相加,那么这道题题目就是一道水题了,失去了它的意义。

所以这里我还是提高一下本题的难度:不要使用辅助空间,空间复杂度要求为O(1)。

不能使用辅助空间之后,那么只能在原字符串上下功夫了。

想一下,我们将整个字符串都反转过来,那么单词的顺序指定是倒序了,只不过单词本身也倒序了,那么再把单词反转一下,单词不就正过来了。

所以解题思路如下:

  • 移除多余空格
  • 将整个字符串反转
  • 将每个单词反转

举个例子,源字符串为:"the sky is blue "

  • 移除多余空格 : "the sky is blue"
  • 字符串反转:"eulb si yks eht"
  • 单词反转:"blue is sky the"

这样我们就完成了翻转字符串里的单词。

思路很明确了,我们说一说代码的实现细节,就拿移除多余空格来说,一些同学会上来写如下代码:

void removeExtraSpaces(string& s) {
    for (int i = s.size() - 1; i > 0; i--) {
        if (s[i] == s[i - 1] && s[i] == ' ') {
            s.erase(s.begin() + i);
        }
    }
    // 删除字符串最后面的空格
    if (s.size() > 0 && s[s.size() - 1] == ' ') {
        s.erase(s.begin() + s.size() - 1);
    }
    // 删除字符串最前面的空格
    if (s.size() > 0 && s[0] == ' ') {
        s.erase(s.begin());
    }
}

逻辑很简单,从前向后遍历,遇到空格了就erase。

如果不仔细琢磨一下erase的时间复杂度,还以为以上的代码是O(n)的时间复杂度呢。

想一下真正的时间复杂度是多少,一个erase本来就是O(n)的操作。

erase操作上面还套了一个for循环,那么以上代码移除冗余空格的代码时间复杂度为O(n^2)。

那么使用双指针法来去移除空格,最后resize(重新设置)一下字符串的大小,就可以做到O(n)的时间复杂度。

//版本一 
void removeExtraSpaces(string& s) {
    int slowIndex = 0, fastIndex = 0; // 定义快指针,慢指针
    // 去掉字符串前面的空格
    while (s.size() > 0 && fastIndex < s.size() && s[fastIndex] == ' ') {
        fastIndex++;
    }
    for (; fastIndex < s.size(); fastIndex++) {
        // 去掉字符串中间部分的冗余空格
        if (fastIndex - 1 > 0
                && s[fastIndex - 1] == s[fastIndex]
                && s[fastIndex] == ' ') {
            continue;
        } else {
            s[slowIndex++] = s[fastIndex];
        }
    }
    if (slowIndex - 1 > 0 && s[slowIndex - 1] == ' ') { // 去掉字符串末尾的空格
        s.resize(slowIndex - 1);
    } else {
        s.resize(slowIndex); // 重新设置字符串大小
    }
}

有的同学可能发现用erase来移除空格,在leetcode上性能也还行。主要是以下几点;

leetcode上的测试集里,字符串的长度不够长,如果足够长,性能差距会非常明显。
leetcode的测程序耗时不是很准确的。
版本一的代码是一般的思考过程,就是 先移除字符串前的空格,再移除中间的,再移除后面部分。

不过其实还可以优化,这部分和移除元素的逻辑是一样一样的,本题是移除空格,而移除元素就是移除元素。

所以代码可以写的很精简,大家可以看 如下代码 removeExtraSpaces函数的实现:

// 版本二 
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。
}

实现反转字符串的功能,支持反转字符串子区间代码如下:

// 反转字符串s中左闭右闭的区间[start, end]
void reverse(string& s, int start, int end) {
    for (int i = start, j = end; i < j; i++, j--) {
        swap(s[i], s[j]);
    }
}

代码整合如下:

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;
    }
};

Java:

class Solution {
   /**
     * 不使用Java内置方法实现
     * <p>
     * 1.去除首尾以及中间多余空格
     * 2.反转整个字符串
     * 3.反转各个单词
     */
    public String reverseWords(String s) {
        // System.out.println("ReverseWords.reverseWords2() called with: s = [" + s + "]");
        // 1.去除首尾以及中间多余空格
        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) {
        // System.out.println("ReverseWords.removeSpace() called with: s = [" + 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++;
        }
        // System.out.println("ReverseWords.removeSpace returned: sb = [" + sb + "]");
        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) {
        // System.out.println("ReverseWords.reverseString() called with: sb = [" + sb + "], start = [" + start + "], end = [" + end + "]");
        while (start < end) {
            char temp = sb.charAt(start);
            sb.setCharAt(start, sb.charAt(end));
            sb.setCharAt(end, temp);
            start++;
            end--;
        }
        // System.out.println("ReverseWords.reverseString returned: sb = [" + sb + "]");
    }

    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;
        }
    }
}
//解法二:创建新字符数组填充。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);
        }
    }
}

$$ Created by Ss1Two on 2023/2/9 $$

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