深入解析力扣157题:用Read4高效读取N个字符(多种解法与详细图解)

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简介: 深入解析力扣157题:用Read4高效读取N个字符(多种解法与详细图解)

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在本篇文章中,我们将详细解读力扣第157题“用 Read4 读取 N 个字符”。通过学习本篇文章,读者将掌握如何使用多种方法来解决这一问题,并了解相关的复杂度分析。每种方法都将配以详细的解释和ASCII图解,以便于理解。

问题描述

力扣第157题“用 Read4 读取 N 个字符”描述如下:

给你一个文件,并且该文件只能通过给定的 read4 方法来读取,请实现一个方法使其能够读取 n 个字符。注意:你的 read 方法可能会被调用多次。

API 接口:

  • int read4(char[] buf4): 从文件中读取4个字符到 buf4 中,并且返回读取的字符个数。

示例 1:

输入: file = "abc", n = 4
输出: 3
解释: 当读取文件时,`read` 将会读取 ‘abc’,由于没有超过4个字符,所以返回3。

示例 2:

输入: file = "abcde", n = 5
输出: 5
解释: 当读取文件时,`read` 将会读取 ‘abcd’,由于还需要一个字符,所以调用 `read4` 再读取‘e’,所以返回5。

示例 3:

输入: file = "abcdABCD1234", n = 12
输出: 12
解释: 当读取文件时,`read` 将会多次调用 `read4` 读取多个4个字符以达到读取12个字符。

解题思路

  1. 初步分析
  • 需要从文件中读取最多 n 个字符。
  • 每次只能通过调用 read4 方法读取最多4个字符。
  • 需要考虑 read4 返回的字符数量少于4的情况,这表示文件已经读取完毕。
  1. 实现方法
  • 使用一个循环,每次调用 read4 方法读取最多4个字符,直到读取的字符总数达到 n 或文件读取完毕。
  • read4 读取到的字符复制到目标缓冲区 buf 中。

方法一:简单循环读取

  1. 步骤
  • 初始化一个临时缓冲区 buf4 来存储每次调用 read4 方法读取的字符。
  • 使用一个循环,每次调用 read4,将读取的字符数量累加到 total_read,并将读取到的字符复制到 buf 中。
  • 如果读取的字符总数达到 n 或者 read4 返回的字符数量少于4,则终止循环。
代码实现
def read(buf, n):
    buf4 = [''] * 4
    total_read = 0
    while total_read < n:
        count = read4(buf4)
        count = min(count, n - total_read)
        
        for i in range(count):
            buf[total_read + i] = buf4[i]
        total_read += count
        if count < 4:
            break
    return total_read
ASCII图解

假设文件内容为 “abcdefgh” 且 n = 5,图解如下:

初始状态: buf = [], total_read = 0
调用 read4(buf4)
buf4: [a, b, c, d], 返回: 4
buf: [a, b, c, d], total_read: 4
调用 read4(buf4)
buf4: [e, f, g, h], 返回: 4
buf: [a, b, c, d, e], total_read: 5
返回: 5

方法二:多次调用

  1. 步骤
  • 使用一个全局缓冲区来存储多次调用 read4 方法读取的字符。
  • 当需要读取 n 个字符时,从全局缓冲区中读取足够多的字符,并更新缓冲区的状态。
代码实现
class Solution:
    def __init__(self):
        self.buf4 = [''] * 4
        self.buf4_size = 0
        self.buf4_index = 0
    def read(self, buf, n):
        total_read = 0
        while total_read < n:
            if self.buf4_index == self.buf4_size:
                self.buf4_size = read4(self.buf4)
                self.buf4_index = 0
                if self.buf4_size == 0:
                    break
            while total_read < n and self.buf4_index < self.buf4_size:
                buf[total_read] = self.buf4[self.buf4_index]
                total_read += 1
                self.buf4_index += 1
        return total_read
ASCII图解

假设文件内容为 “abcdefgh” 且 n = 5,图解如下:

初始状态: buf = [], total_read = 0, buf4 = [], buf4_size = 0, buf4_index = 0
第一次调用 read4(buf4)
buf4: [a, b, c, d], buf4_size: 4, buf4_index: 0
buf: [a, b, c, d], total_read: 4
第二次调用 read4(buf4)
buf4: [e, f, g, h], buf4_size: 4, buf4_index: 0
buf: [a, b, c, d, e], total_read: 5
返回: 5

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是需要读取的字符数量。每次调用 read4 方法最多读取4个字符,直到读取到 n 个字符。
  • 空间复杂度:O(1),只使用了常数空间来存储临时缓冲区 buf4 和计数变量。

测试案例分析

  1. 测试案例 1
  • 输入: file = "abc", n = 4
  • 输出: 3
  • 解释: 文件中只有3个字符,所以返回3。
  1. 测试案例 2
  • 输入: file = "abcde", n = 5
  • 输出: 5
  • 解释: 调用 read4 方法读取‘abcd’,然后再调用 read4 读取‘e’,所以返回5。
  1. 测试案例 3
  • 输入: file = "abcdABCD1234", n = 12
  • 输出: 12
  • 解释: 多次调用 read4 读取多个4个字符以达到读取12个字符。

总结

本文详细解读了力扣第157题“用 Read4 读取 N 个字符”,通过两种不同的方法,高效地解决了这一问题。希望读者通过本文的学习,能够在力扣刷题的过程中更加得心应手。

参考资料

  • 《算法导论》—— Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein
  • 力扣官方题解

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