力扣初级算法（二）【字符串】

力扣初级算法（二）【字符串】

字符串问题在面试中出现频率很高，你极有可能在面试中遇到。

我们推荐以下题目：反转字符串，字符串中第一个唯一字符，字符串转整数（atoi）和 实现 strStr() 。

344. 反转字符串

难度：简单

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 char[] 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。

你可以假设数组中的所有字符都是 ASCII 码表中的可打印字符。

示例 1：

输入：["h","e","l","l","o"]
输出：["o","l","l","e","h"]

示例 2：

输入：["H","a","n","n","a","h"]
输出：["h","a","n","n","a","H"]

解题思路

• 朴素的想法是，反向遍历数组，然后进行拷贝即可。

  但是对于本题来说，要求原地操作 ，我们可以使用双指针来交换数组中首尾的值，实现反转。

• 让左右指针分别向中间移动，同时交换对应的值即可。

• 在C#语言当中，可以利用元组直接交换两个元素值，

方法一：双指针

public void ReverseString(char[] s) {
    for (int left = 0, right = s.Length - 1; left < right; left++, right--)
        (s[left], s[right]) = (s[right], s[left]);
}

387. 字符串中的第一个唯一字符

难度：简单

给定一个字符串，找到它的第一个不重复的字符，并返回它的索引。如果不存在，则返回 -1。

示例：

s = "leetcode"
返回 0

s = "loveleetcode"
返回 2

提示：你可以假定该字符串只包含小写字母。

解题思路

• 朴素的想法是，遍历字符串并统计各个字符的出现次数。

• 然后再次遍历该字符串，如果某个字符的出现次数为一，就返回这个字符的下标。

• 这里可以考虑用哈希表来统计出现次数，因为只包含小写字母，所以也可以用数组来统计。

  这里给出LINQ的解法。

方法一：统计数量

public int FirstUniqChar(string s)
{
    var res = s.GroupBy(x => x).Where(y => y.Count() == 1).FirstOrDefault();
    return res is null ? -1 : s.IndexOf(res.First());
}

8. 字符串转换整数 (atoi)

难度：中等

请你来实现一个 atoi 函数，使其能将字符串转换成整数。

首先，该函数会根据需要丢弃无用的开头空格字符，直到寻找到第一个非空格的字符为止。接下来的转化规则如下：

• 如果第一个非空字符为正或者负号时，则将该符号与之后面尽可能多的连续数字字符组合起来，形成一个有符号整数。
• 假如第一个非空字符是数字，则直接将其与之后连续的数字字符组合起来，形成一个整数。
• 该字符串在有效的整数部分之后也可能会存在多余的字符，那么这些字符可以被忽略，它们对函数不应该造成影响。

注意：假如该字符串中的第一个非空格字符不是一个有效整数字符、字符串为空或字符串仅包含空白字符时，则你的函数不需要进行转换，即无法进行有效转换。

在任何情况下，若函数不能进行有效的转换时，请返回 0 。

提示：

• 本题中的空白字符只包括空格字符 ' ' 。
• 假设我们的环境只能存储 32 位大小的有符号整数，如果数值超过这个范围，请返回  INT_MAX 或 INT_MIN 。

示例 1:

输入: "42"
输出: 42

示例 2:

输入: "   -42"
输出: -42
解释: 第一个非空白字符为 '-', 它是一个负号。
     我们尽可能将负号与后面所有连续出现的数字组合起来，最后得到 -42 。

示例 3:

输入: "4193 with words"
输出: 4193
解释: 转换截止于数字 '3' ，因为它的下一个字符不为数字。

示例 4:

输入: "words and 987"
输出: 0
解释: 第一个非空字符是 'w', 但它不是数字或正、负号。
     因此无法执行有效的转换。

示例 5:

输入: "-91283472332"
输出: -2147483648
解释: 数字 "-91283472332" 超过 32 位有符号整数范围。 
     因此返回 INT_MIN。

解题思路

• 朴素的想法是，扫描的给定的字符串，对读到到的不同字符做不同处理。

• 想法很简单，但是实现起来就稍有一些麻烦了，显然我们要做出的处理不止一种，

  这里肯定需要根据读到的不同字符做不同的判断。

• 这里我们对不同的情况稍加分析，大抵上可以归类为以下几种情况：

  • 整数前面的空白符
  • '+' '-'号
  • 数字
  • 其他字符

• 我们应该做出如下的处理

  • 对于整数前面的空白符，直接跳过即可
  • 对于'+' '-'号，如果出现在数字前，视为正负数标识符，如果出现在数字后，视为其他字符
  • 对于数字，视为数字。
  • 对于其他字符，做读取结束处理

• 其中，较为复杂的部分在于空白符和正负号出现的位置，这很难直接用if语句或switch语句判断。此时，我们可以考虑再引入一个状态标记，用于标记当前读取的字符串处于什么状态。

  • 如果还未读取到任何数字，那么读取到空白符和正负号都是合法的
  • 如果已经读取到数字，再读取到任意其他字符都是非法的。

• 这里我们定义了三种状态，分别是起始状态、数字状态、以及结束状态用来终止读取。

• 在不同的状态下，我们再对读取到的字符做不同处理，这样就简单多了。

方法一：状态机

enum MyState
{
    NONE,
    DIGIT,
    FINISH,
}

public int MyAtoi(string s)
{
    var state = new MyState();
    var sb = new StringBuilder();

    foreach (var item in s.TrimStart())
    {
        switch (state)
        {
            case MyState.NONE:
                if (item.Equals('-') || item.Equals('+') || Char.IsDigit(item))
                {
                    state = MyState.DIGIT;
                    sb.Append(item);
                }
                else
                {
                    state = MyState.FINISH;
                }
                break;
            case MyState.DIGIT:
                if (Char.IsDigit(item))
                {
                    sb.Append(item);
                }
                else
                {
                    state = MyState.FINISH;
                }
                break;
            default:
                break;
        }

        if (state.Equals(MyState.FINISH)) break;
    }

    try
    {
        return int.Parse(sb.ToString());
    }
    catch (OverflowException)
    {
        return sb[0].Equals('-') ? int.MinValue : int.MaxValue;
    }
    catch (FormatException)
    {
        return 0;
    }
}

思考

• 对于状态位的定义，可以为符号位单独定义一个状态，也可以为不合法的数据定义一个失败的状态，这些留给读者自行尝试。
• 除此之外，你还可以考虑不使用库函数来自行判断是否为数字，是否溢出等。

28. 实现 strStr()

难度：简单

实现 strStr() 函数。

给定一个 haystack 字符串和一个 needle 字符串，在 haystack 字符串中找出 needle 字符串出现的第一个位置 (从0开始)。如果不存在，则返回  -1。

示例 1:

输入: haystack = "hello", needle = "ll"
输出: 2

示例 2:

输入: haystack = "aaaaa", needle = "bba"
输出: -1

说明:

当 needle 是空字符串时，我们应当返回什么值呢？这是一个在面试中很好的问题。

对于本题而言，当 needle 是空字符串时我们应当返回 0 。这与C语言的 strstr() 以及 Java的 indexOf() 定义相符。

解题思路

• 朴素的想法是，遍历给定的字符串，看看能否从某一个字符开始，和给定的子串完全匹配。

方法一：暴力枚举

public int StrStr(string haystack, string needle)
{
    for (int i = 0; i <= haystack.Length - needle.Length; i++)
        if (FindP(i)) return i;

    return -1;

    bool FindP(int start)
    {
        for (int i = 0; i < needle.Length; i++, start++)
            if (!haystack[start].Equals(needle[i])) return false;

        return true;
    }
}

• 上面这种解法是最容易想到的，

  不过除此之外，还可以考虑使用字符串匹配的一个经典算法，KMP算法。

• 这里给出一个讲解的很好的KMP算法视频，感兴趣的读者可以深入了解一下。

方法二：KMP算法

public int StrStr(string haystack, string needle)
{
    // dp[i] 表示 i 前面的都匹配成功时的相同前后缀长度
    var dp = new int[needle.Length]; 
    // 填表
    for (int l = 0, r = 1; r < needle.Length - 1;)
        if (needle[l].Equals(needle[r]))
        {
            dp[++r] = ++l;
        }
        else if (l == 0)
        {
            dp[++r] = 0;
        }
        else
        {
            l = dp[l];
        }
    
    // 字符串匹配
    for (int i = 0, j = 0; i - j <= haystack.Length - needle.Length;
         i += j == 0 ? 1 : 0, j = dp[j])
    {
        for (; j < needle.Length; j++, i++)
            if (!haystack[i].Equals(needle[j])) break;

        if (j == needle.Length) return i - needle.Length;
    }

    return -1;
}