几道常见的字符串算法题

作者：wwwxmu

原文地址:https://www.weiweiblog.cn/13string/

1. KMP 算法

谈到字符串问题，不得不提的就是 KMP 算法，它是用来解决字符串查找的问题，可以在一个字符串（S）中查找一个子串（W）出现的位置。KMP 算法把字符匹配的时间复杂度缩小到 O(m+n) ,而空间复杂度也只有 O(m)。因为“暴力搜索”的方法会反复回溯主串，导致效率低下，而 KMP 算法可以利用已经部分匹配这个有效信息，保持主串上的指针不回溯，通过修改子串的指针，让模式串尽量地移动到有效的位置。

具体算法细节请参考：

除此之外，再来了解一下 BM 算法！

BM 算法也是一种精确字符串匹配算法，它采用从右向左比较的方法，同时应用到了两种启发式规则，即坏字符规则和好后缀规则，来决定向右跳跃的距离。基本思路就是从右往左进行字符匹配，遇到不匹配的字符后从坏字符表和好后缀表找一个最大的右移值，将模式串右移继续匹配。《字符串匹配的 KMP 算法》:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/05/Knuth%E2%80%93Morris%E2%80%93Pratt_algorithm.html

2. 替换空格

剑指 offer：请实现一个函数，将一个字符串中的每个空格替换成“%20”。例如，当字符串为 We Are Happy.则经过替换之后的字符串为 We%20Are%20Happy。

这里我提供了两种方法：① 常规方法；② 利用 API 解决。

//https://www.weiweiblog.cn/replacespace/
public class Solution {
 
  /**
   * 第一种方法：常规方法。利用String.charAt(i)以及String.valueOf(char).equals(" "
   * )遍历字符串并判断元素是否为空格。是则替换为"%20",否则不替换
   */
  public static String replaceSpace(StringBuffer str) {
 
    int length = str.length();
    // System.out.println("length=" + length);
    StringBuffer result = new StringBuffer();
    for (int i = 0; i < length; i++) {
      char b = str.charAt(i);
      if (String.valueOf(b).equals(" ")) {
        result.append("%20");
      } else {
        result.append(b);
      }
    }
    return result.toString();
 
  }
 
  /**
   * 第二种方法：利用API替换掉所用空格，一行代码解决问题
   */
  public static String replaceSpace2(StringBuffer str) {
 
    return str.toString().replaceAll("\\s", "%20");
  }
}

对于替换固定字符（比如空格）的情况，第二种方法其实可以使用 replace 方法替换，性能更好!

str.toString().replace(" ","%20");

3. 最长公共前缀

Leetcode: 编写一个函数来查找字符串数组中的最长公共前缀。如果不存在公共前缀，返回空字符串 ""。

示例 1:

输入: ["flower","flow","flight"]
输出: "fl"

示例 2:

输入: ["dog","racecar","car"]
输出: ""
解释: 输入不存在公共前缀。

思路很简单！先利用 Arrays.sort(strs)为数组排序，再将数组第一个元素和最后一个元素的字符从前往后对比即可！

public class Main {
	public static String replaceSpace(String[] strs) {
 
		// 如果检查值不合法及就返回空串
		if (!checkStrs(strs)) {
			return "";
		}
		// 数组长度
		int len = strs.length;
		// 用于保存结果
		StringBuilder res = new StringBuilder();
		// 给字符串数组的元素按照升序排序(包含数字的话，数字会排在前面)
		Arrays.sort(strs);
		int m = strs[0].length();
		int n = strs[len - 1].length();
		int num = Math.min(m, n);
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			if (strs[0].charAt(i) == strs[len - 1].charAt(i)) {
				res.append(strs[0].charAt(i));
			} else
				break;
 
		}
		return res.toString();
 
	}
 
	private static boolean checkStrs(String[] strs) {
		boolean flag = false;
		if (strs != null) {
			// 遍历strs检查元素值
			for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
				if (strs[i] != null && strs[i].length() != 0) {
					flag = true;
				} else {
					flag = false;
					break;
				}
			}
		}
		return flag;
	}
 
	// 测试
	public static void main(String[] args) {
		String[] strs = { "customer", "car", "cat" };
		// String[] strs = { "customer", "car", null };//空串
		// String[] strs = {};//空串
		// String[] strs = null;//空串
		System.out.println(Main.replaceSpace(strs));// c
	}
}

4. 回文串

4.1. 最长回文串

LeetCode: 给定一个包含大写字母和小写字母的字符串，找到通过这些字母构造成的最长的回文串。在构造过程中，请注意区分大小写。比如"Aa"不能当做一个回文字符串。注意:假设字符串的长度不会超过 1010。

回文串：“回文串”是一个正读和反读都一样的字符串，比如“level”或者“noon”等等就是回文串。——百度百科地址：https://baike.baidu.com/item/%E5%9B%9E%E6%96%87%E4%B8%B2/1274921?fr=aladdin

示例 1:

输入:
"abccccdd"

输出:
7

解释:
我们可以构造的最长的回文串是"dccaccd", 它的长度是 7。

我们上面已经知道了什么是回文串？现在我们考虑一下可以构成回文串的两种情况：

字符出现次数为双数的组合
字符出现次数为偶数的组合+单个字符中出现次数最多且为奇数次的字符 （参见 issue665 ）

统计字符出现的次数即可，双数才能构成回文。因为允许中间一个数单独出现，比如“abcba”，所以如果最后有字母落单，总长度可以加 1。首先将字符串转变为字符数组。然后遍历该数组，判断对应字符是否在 hashset 中，如果不在就加进去，如果在就让 count++，然后移除该字符！这样就能找到出现次数为双数的字符个数。

//https://leetcode-cn.com/problems/longest-palindrome/description/
class Solution {
  public  int longestPalindrome(String s) {
    if (s.length() == 0)
      return 0;
    // 用于存放字符
    HashSet<Character> hashset = new HashSet<Character>();
    char[] chars = s.toCharArray();
    int count = 0;
    for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
      if (!hashset.contains(chars[i])) {// 如果hashset没有该字符就保存进去
        hashset.add(chars[i]);
      } else {// 如果有,就让count++（说明找到了一个成对的字符），然后把该字符移除
        hashset.remove(chars[i]);
        count++;
      }
    }
    return hashset.isEmpty() ? count * 2 : count * 2 + 1;
  }
}

4.2. 验证回文串

LeetCode: 给定一个字符串，验证它是否是回文串，只考虑字母和数字字符，可以忽略字母的大小写。说明：本题中，我们将空字符串定义为有效的回文串。

示例 1:

输入: "A man, a plan, a canal: Panama"
输出: true

示例 2:

输入: "race a car"
输出: false

//https://leetcode-cn.com/problems/valid-palindrome/description/
class Solution {
  public  boolean isPalindrome(String s) {
    if (s.length() == 0)
      return true;
    int l = 0, r = s.length() - 1;
    while (l < r) {
      // 从头和尾开始向中间遍历
      if (!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(l))) {// 字符不是字母和数字的情况
        l++;
      } else if (!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(r))) {// 字符不是字母和数字的情况
        r--;
      } else {
        // 判断二者是否相等
        if (Character.toLowerCase(s.charAt(l)) != Character.toLowerCase(s.charAt(r)))
          return false;
        l++;
        r--;
      }
    }
    return true;
  }
}

4.3. 最长回文子串

Leetcode: LeetCode: 最长回文子串给定一个字符串 s，找到 s 中最长的回文子串。你可以假设 s 的最大长度为 1000。

示例 1：

输入: "babad"
输出: "bab"
注意: "aba"也是一个有效答案。

示例 2：

输入: "cbbd"
输出: "bb"

以某个元素为中心，分别计算偶数长度的回文最大长度和奇数长度的回文最大长度。

//https://leetcode-cn.com/problems/longest-palindromic-substring/description/
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;
    }
  }
}

4.4. 最长回文子序列

LeetCode: 最长回文子序列给定一个字符串 s，找到其中最长的回文子序列。可以假设 s 的最大长度为 1000。最长回文子序列和上一题最长回文子串的区别是，子串是字符串中连续的一个序列，而子序列是字符串中保持相对位置的字符序列，例如，“bbbb”可以是字符串”bbbab”的子序列但不是子串。

给定一个字符串 s，找到其中最长的回文子序列。可以假设 s 的最大长度为 1000。

示例 1:

输入:
"bbbab"
输出:
4

一个可能的最长回文子序列为 “bbbb”。

示例 2:

输入:
"cbbd"
输出:
2

一个可能的最长回文子序列为 “bb”。

动态规划： 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];
    }
}

5. 括号匹配深度

爱奇艺 2018 秋招 Java：一个合法的括号匹配序列有以下定义:

空串""是一个合法的括号匹配序列

如果”X”和”Y”都是合法的括号匹配序列,“XY”也是一个合法的括号匹配序列

如果”X”是一个合法的括号匹配序列,那么”(X)“也是一个合法的括号匹配序列

每个合法的括号序列都可以由以上规则生成。

例如: "",”()”,”()()”,”((()))“都是合法的括号序列对于一个合法的括号序列我们又有以下定义它的深度:

空串""的深度是 0

如果字符串”X”的深度是 x,字符串”Y”的深度是 y,那么字符串”XY”的深度为 max(x,y)

如果”X”的深度是 x,那么字符串”(X)“的深度是 x+1

例如: ”()()()“的深度是 1,”((()))“的深度是 3。牛牛现在给你一个合法的括号序列,需要你计算出其深度。

输入描述:
输入包括一个合法的括号序列s,s长度length(2 ≤ length ≤ 50),序列中只包含'('和')'。

输出描述:
输出一个正整数,即这个序列的深度。

示例：

输入:
(())
输出:
2

代码如下：

import java.util.Scanner;
 
/**
 * https://www.nowcoder.com/test/8246651/summary
 *
 * @author Snailclimb
 * @date 2018年9月6日
 * @Description: TODO 求给定合法括号序列的深度
 */
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    Scanner sc = new Scanner(System.in);
    String s = sc.nextLine();
    int cnt = 0, max = 0, i;
    for (i = 0; i < s.length(); ++i) {
      if (s.charAt(i) == '(')
        cnt++;
      else
        cnt--;
      max = Math.max(max, cnt);
    }
    sc.close();
    System.out.println(max);
  }
}

6. 把字符串转换成整数

剑指 offer: 将一个字符串转换成一个整数(实现 Integer.valueOf(string)的功能，但是 string 不符合数字要求时返回 0)，要求不能使用字符串转换整数的库函数。数值为 0 或者字符串不是一个合法的数值则返回 0。

//https://www.weiweiblog.cn/strtoint/
public class Main {
 
  public static int StrToInt(String str) {
    if (str.length() == 0)
      return 0;
    char[] chars = str.toCharArray();
    // 判断是否存在符号位
    int flag = 0;
    if (chars[0] == '+')
      flag = 1;
    else if (chars[0] == '-')
      flag = 2;
    int start = flag > 0 ? 1 : 0;
    int res = 0;// 保存结果
    for (int i = start; i < chars.length; i++) {
      if (Character.isDigit(chars[i])) {// 调用Character.isDigit(char)方法判断是否是数字，是返回True，否则False
        int temp = chars[i] - '0';
        res = res * 10 + temp;
      } else {
        return 0;
      }
    }
   return flag != 2 ? res : -res;
 
  }
 
  public static void main(String[] args) {
    // TODO Auto-generated method stub
    String s = "-12312312";
    System.out.println("使用库函数转换：" + Integer.valueOf(s));
    int res = Main.StrToInt(s);
    System.out.println("使用自己写的方法转换：" + res);
 
  }
 
}

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2. 替换空格

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4. 回文串

4.1. 最长回文串

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4.3. 最长回文子串

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