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LeetCode/Java刷题----数组及字符串专题_java leetcode常见的字符串算法

作者：笔触狂放9 | 2024-06-28 19:33:58

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java leetcode常见的字符串算法

LeetCode/Java刷题----数组及字符串专题

文章目录

LeetCode/Java刷题----数组及字符串专题

1.Java数组基础

①声明及初始化

// 声明及默认初始化
int [] a = new int [10]; // 这里必须要给定数组的大小，数组中每个元素都是默认值，其中大小也可以为0，即 new int [0],表示一个空数组。

// 声明及手动初始化
int [] b = new int []{1,2,3};// 这里只要后面用{}进行了初始化，就不能在[]中指定大小。
int [] c = {1,2,3}; // 也可以不使用new int[]

//PS: 数组一旦创建，就无法改变其大小，如果想要创建大小动态变化的数组，应该使用ArrayList类。
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②访问数组元素

// 用下标遍历访问
for(int i=0;i<a.length;i++){
    System.out.println(a[i]);
}
// 用foreach遍历访问
for(int i:a){
    System.out.println(i);
}
// 快速打印数组元素的方法
System.out.println(Arrays.toString(a));
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③数组拷贝

（1）浅拷贝：

// Java中的数据类型包括基本数据类型和引用数据类型，其中引用数据类型包括类、接口、数组
// 浅拷贝对于基本数据类型来说，就是进行值传递，修改b的值不会改变a的值
int a = 2;
int b = a; 
b = 3;
System.out.println(a);//2
// 浅拷贝对于引用数据类型来说，就是进行地址的传递，其不会对该对象重新开辟一个内存空间进行存放，而是相当于两个引用指向了同一个内存地址。此时修改b的值，a的值也会随之改变。
int [] a = {1,2,3}; 
int [] b = a;
b[0] = 2;
System.out.println(Arrays.toString(a));//[2,2,3]
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（2）深拷贝：

// 深拷贝
// 对于基本数据类型来说，浅拷贝和深拷贝相同，因为对于Java中的基本数据类型，内存会在栈上为其分配一个位置，并将其值直接存储在该位置上，因此没有引用这一说。
// 而对于引用数据类型来说，当声明一个引用数据类型的变量时，变量存储的是对象的引用，而不是对象本身。对象本身存储在堆内存中，而对象的引用变量则存储在栈内存中。因此，浅拷贝只拷贝了对象的引用，其创建了一个新对象，新对象跟原始对象共享相同的内部引用。而深拷贝则不仅拷贝对象，而且还拷贝对象包含的引用所指向的对象。
int [] a = {1,2,3}; 
int [] b = Arrays.copyOf(a,a.length); // 注意这里要有两个参数，若第二个参数小于a的长度，则表明只复制一部分过来。
b[0] = 2;
System.out.println(Arrays.toString(a));//[1,2,3]

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④ Java数组类 java.util.Arrays

常用方法：

Arrays.sort(xxx[] a);

Arrays.copyOf(xxx[],int end);

Arrays.copyOfRange(xxx[],int start,int end);

Arrays.toString();

Array.equals(xxx [] a, xxx[] b) ;

Arrays.fill(xxx[] a,xxx v)  //用值v填充数组a

Arrays.asList(a); // 将数组a转换为ArrayList类型
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Arrays类说明文档

⑤ 数组列表ArrayList< T >类：一个可以动态修改大小的数组

// 创建一个ArrayList，并默认初始化
ArrayList<Integer> alist = new ArrayList<>();
// 根据数组a来创建一个ArrayList
Integer [] a ={1,2,3}; // 注意这里必须要是Integer类型，不能是int类型
ArrayList<Integer> alist2 = new ArrayList<>{Arrays.asList(a)};
System.out.println(aList.size());// 大小
aList.get(0);// 获取元素
aList.remove(0); // 移除元素
aList.remove(Object o)
aList.add(int index, E element) //在特定位置处插入元素
aList.add(E e) // 在列表末尾插入元素
aList.contains(Object o) // 判断是否包含元素
aList.equals(aList2) // 判断两个数组列表是否完全相同
aList.indexOf(Object o) // 查找元素的下表
aList.isEmpty() // 判空
aList.set(int index, E element) // 更改元素
aList.toArray(); // 转换为数组
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ArrayList类说明文档

2.Java字符串基础

① 子串

String greeting = "Hello";
greeting.substring(0,3);//表示提取下标范围在[0，3)的子串，即Hel
PS：s.substring(a,b)的长度为b-a
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②拼接

String str1 = "hello";
String str2 = "world";
String str3 = str1+str2;
// PS：当将一个字符串与一个非字符串的值进行拼接时，后者会转换成字符串
int age = 13;
String s = "PG"+age
String.valueOf(Object obj) // 调用API将任意对象转化为字符串
// 如果需要将多个字符串拼接起来，并使用一个符号分隔开，可以使用join方法
String all = String.join(" ",["How","are","you"]);//用空格分隔
// 使用repeat(n)方法可以将原始字符串重复n次
"lzs".repeat(6)
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③检测字符串是否相等

a.equals(b);//检验字符串a和b是否相等
PS：这里补充一下关于判断数组是否相等
例如：
char[] sa = a.toCharArray();
char[] sb = b.toCharArray();
Arrays.equals(sa,sb);//比较两个字符数组是否相等
sa.equals(sb);//判断sa，sb是否指向同一个对象
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④不可变字符串类型

// 在java中字符串类型是不可变类型，只能访问，不能修改
// 使用s.charAt(i)来访问元素
s.charAt(0);
// 但Java也提供了另一种可变的字符串类型，即StringBuffer以及StringBuilder
// 其中StringBuffer可以确保线程安全，而在单线程环境下，用StringBuilder即可
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⑤可变字符串类型：StringBuilder

append(char[] str, int offset, int len)//添加
delete(int start, int end)
deleteCharAt(int index)//删除
insert(int offset, char[] str)//插入
setCharAt(int index, char ch)//修改
toString()//转化为字符串
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⑥StringAPI

// Java提供了非常多的字符串API,在刷题时会很有用
1.int compareTo(String other);
按照字典序，若该字符串位于other之前，返回一个负数；若位于other之后，返回一个正数；否则，返回0;
2. indexOf(String str)
返回str在该字符串中出现的第一个位置
    2. indexOf(String str，int fromIndex)
    返回str在该字符串中出现的第一个位置,从fromIndex开始搜索
3.startWith(String perfix)
4.endWith(String perfix)
判断字符串是否以perfix开头或结尾
5.replace(CharSequence oldString,CharSequence newString)
用newString代替oldString,返回一个新的String,可以用String或者StringBuilder作为charSequence参数
6.toLowerCase()
7.toUpperCase()
返回大写或小写后的字符串
8.trim()
9.strip()
删除原始字符串头部和尾部小于等于U+0020(trim)[空格，制表符，换行]，的字符或者空格(strip)
10.split()
将字符串按照一定的分隔符拆分成字符串数组
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Java String API说明文档

3.二分查找

①使用二分查找的前提条件

使用二分查找可以用O(logn)的时间复杂度代替时间复杂度为O(n)的暴力查找，而使用二分法的前提有两个：

数组必须为有序数组
数组中没有重复元素

其中，第一个条件是必须要满足的，否则使用二分查找完全不合理。而第二个条件不满足时，也可以查找到一个下标，但可能需要查找的下标不是唯一的。

② 二分查找的模板代码（循环不变量原则）

循环不变量原则：「循环不变量」是指在编写代码的过程中，要一直循序不变的性质，这样的性质是根据要解决的问题，由自己定义的。「循环不变量」是我们写对一个问题的基础，保证了在「初始化」「循环遍历」「结束」这三个阶段相同的性质，使得一个问题能够被正确解决。

（1）模板一：左闭右闭

class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
		int left = 0;
		int right = nums.length - 1;
		int middle =0;
		while(left<=right){
			middle = left + (right - left)/2; // 防止left和right都很大时直接加和，造成溢出
			if(nums[middle]==target){
				return middle;
			}else if(nums[middle] > target){
				right = middle -1; //目标值在左半区间，right在middle左边一个
			}else{
				left = middle +1; // 目标值在右半区间，left在middle右边一个
			}
		}
		return -1;
    }
}
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以上模板的循环不变量是假定target在一个左闭右闭的区间[left,right]中，因此while中的条件是left<=right，因为left = right 也是合理的。并且当nums[mid]<target时，说明target对应的左闭右闭区间在mid的右边，即[mid+1,right]。同理当nums[mid]<target时，说明target对应的左闭右闭区间在mid的左边，即[left,mid-1]。

（2）模板二：左闭右开

class Solution {
    public int search(int[] nums, int target) {
		int left = 0;
		int right = nums.length - 1;
		int middle =0;
		while(left<right){ 
			middle = left + (right - left)/2; // 防止left和right都很大时直接加和，造成溢出
			if(nums[middle]==target){
				return middle;
			}else if(nums[middle] > target){
				right = middle; //目标值在[left,middle)
			}else{
				left = middle+1 ; // 目标值在[middle+1,right)
			}
		}
		return -1;
    }
}
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第二个模板的循环不变量是假定target在一个左闭右开的区间[left,right)中，因此while中的条件是left<right，因为left = right 是不合理的。并且当nums[mid]<target时，说明target对应的左闭右开区间在mid的右边，即[mid+1,right)。同理当nums[mid]<target时，说明target对应的左闭右开区间在mid的左边，即[left,mid)。

③ leetcode中的相关题目

34.在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置{不满足第二个前提条件}

4.双指针法

双指针法的主要思想就是通过一个快指针和慢指针在一个for循环下完成两个for循环的工作，从而将O( $n^2$ )的时间复杂度降为O(n)，而双指针法通常还分为快慢指针法和对撞指针法。

①快慢指针法

快慢指针法的经典题目是27.移除元素，即：给你一个数组 nums 和一个值 val，你需要原地移除所有数值等于 val 的元素，并返回移除后数组的新长度。不要使用额外的数组空间，必须仅使用 O(1) 额外空间并原地修改输入数组。

**解题思路：**两个指针都从下标0处开始，用一个快指针去遍历该数组，只要快指针指向的值nums[fast]不等于val,就让慢指针去修改数组的值为当前值，并使慢指针完成自增，即：nums[slow++] = nums[fast];而如果快指针指向的值等于val,则慢指针不做改变，最终慢指针之前的元素即为不包含val的其他所有元素。

Java代码：

class Solution {
    public int removeElement(int[] nums, int val) {
		int k = 0;//慢指针
		for(int i = 0;i<nums.length;i++){ // i为快指针
			if(nums[i]!=val){
				nums[k++] = nums[i];
			}
		}
		return k;
    }
}
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leetcode上的类似题目：

②对撞指针法

同样作为双指针法，对撞指针法是两个指针在数组的两端同时向中间收缩，直到对撞。经典的对撞指针的题目是167.两数之和Ⅱ,输入有序数组，在经典的两数之和题目中，解法是时间复杂度为 $O(n^2)$ 的暴力搜索，而在第167题中，规定输入为有序数组，并且不能使用暴力搜索的方法。

**解题思路：**让两个指针first,last分别位于数组的头部和尾部，并将二者之和与target比较，如果相等则返回。如果大于target,则说明last应该前移；如果小于target,则说明first应该后移；最终，当first == last的时候，如果还没有返回，说明不存在这样的两个数。

Java代码：

class Solution {
	public int[] twoSum(int[] numbers, int target) {
	int i = 0;
	int j = numbers.length - 1;
	while(i<j){
		if(numbers[i]+numbers[j]>target){
			j--;
		}else if(numbers[i] + numbers[j]< target){
			i++;
		}else{
			return new int[]{i+1,j+1};
		}
	}
	return new int[]{0,0};
	}
}
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leetcode中的相关题目还有：

5.滑动窗口

**所谓滑动窗口，顾名思义就是一个区间[start,end],通过不断移动该区间来找到满足一定条件的最长/最短子序列的长度。**针对两类问题,有不同的模板。

①寻找满足条件的最长序列的代码模板

思路：

start、end都在起始点，end向右逐位滑动循环，在每次循环过程中：

如果窗内元素满足条件，end向右，扩大窗口，并更新最优结果。
如果窗内元素不满足条件，start向右，缩小窗口。

直到end到达结尾。

初始化start、end、ans
while(end指针没有到达结尾){
    窗口扩大,加入end对应的元素，更新当前ans;// PS：注意这里不需要判断end对应的元素是否满足窗口需要满足的条件，而是直接将其加入，判断是在后面的while循环中进行的。
    while(窗口不满足条件){
        窗口缩小，移除start对应的元素,start右移;
    }
    更新最优结果ans;
    end++;
}
返回ans
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②滑动窗口寻找满足条件的最长序列的相关题目

674. 最长连续递增序列

904. 水果成篮

③寻找满足条件的最短序列的代码模板

思路：

start、end都在起始点，end向右逐位滑动循环，在每次循环过程中：

如果窗内元素满足条件，start向左，缩小窗口，并更新最优结果。
如果窗内元素不满足条件，end向右，扩大窗口。

直到end到达结尾。

初始化start、end、ans
while(end指针没有到达结尾){
    窗口扩大,加入end对应的元素，更新当前ans;// PS：注意这里不需要判断end对应的元素是否满足窗口需要满足的条件，而是直接将其加入，判断是在后面的while循环中进行的。
    while(窗口满足条件){
        更新最优结果ans;
        窗口缩小，移除start对应的元素,start右移;
    }
    end++;
}
返回ans
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④滑动窗口寻找满足条件的最短序列的相关题目

209. 长度最小的子数组

76. 最小覆盖子串

1658. 将 x 减到 0 的最小操作数

⑤固定窗口长度的滑动窗口题目

6.二维矩阵中的模拟方法

模拟方法不涉及什么算法，就是模拟或刻画题目中要求的过程，有一点像找规律，通常是在二维矩阵情形下，有以下题目：

7.字符串中的双指针题目

字符串也可以看作数组的一种，其中也有很多涉及到双指针的题目：

PS:

Java中，字符串是不可变类型，但提供了可变的StringBuilder类型。
Java中提供了很多的字符串相关函数，做题目时可以考虑使用。

剑指 Offer 58 - II. 左旋转字符串

14. 最长公共前缀

8.字符串匹配–KMP算法

在这里插入图片描述

Java代码：

class Solution {
    //前缀表（不减一）Java实现
    public int strStr(String s, String t) {
        if (t.length() == 0) return 0;
        int[] next = new int[t.length()];
        getNext(next, t);
        int j = 0; // j指向模式串
        // i不后退，母串和模式串相等时i++，冲突时i不动。
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
    // 冲突时找前一个位置对应的next数组值,并令j指向该值对应的下标,然后继续判断是否匹配
// 注意这里一定要用while,而不是if,因为j移动一次之后，s[i]与t[j]可能还是不匹配的，你并且此时next[j-1]可能仍然不为0，这就说明模式串还可以继续移动。因此如果用if的话,反而是只移动了一次模式串，不管其是否匹配，就去移动母串了。而正确的方法应该是，只要遇到不匹配的情况，就先固定母串指针i,而根据next数组去一直移动模式串，直到移动完了之后i与j匹配或者是j已经移动到开头了。如果是i与j匹配，那么就继续后面的部分，即j++，i++，继续判断。如果是j已经等于0了,此时可能匹配也可能不匹配，匹配的话跟前面一样，j++,i++。不匹配的话就只有i++，再去比较。
            while (j > 0 && t.charAt(j) != s.charAt(i)){
                j = next[j - 1];
            } 

             // 匹配时j++,i在for循环中完成自增
            if (t.charAt(j) == s.charAt(i)){
                j++;
            }     
           
            
            
            if (j == t.length()) 
                return i - t.length() + 1;
            // 最后一位也完成匹配时,返回第一个匹配的下表
        }
        return -1;

    }
    
    private void getNext(int[] next, String s) {
        // PS1: 这里next[i]表示[0,i]闭区间对应的字符串中最大公共前后缀的长度
        // PS2: 其中前缀的要求就是：包含首元素而不能包含尾元素；后缀的要求就是：包含尾元素而不包含首元素。
        int j = 0;// j表示已经匹配的前缀的后一个位置(第一个元素没有前前后缀而言，因此其后一个位置可记为0)
        next[0] = 0; // 第一个元素没有前后缀，直接赋为0
        for (int i = 1; i < s.length(); i++) { 
            // i表示已经已经匹配的后缀的后一个位置，由于next[0] = 0,因此i从1开始
// 如果已经匹配的前后缀的后一位对应的字符不相符：
            // 那么需要在已经匹配的前缀中寻找有没有更短的公共前后缀长度，找的方法就是让j移动到next[j-1]的位置处
            while (j > 0 && s.charAt(j) != s.charAt(i)){
                j = next[j - 1];  //j回退
            } 
            
            // 前缀后一位和后缀后一位相等:最大公共前后缀长度+1，前缀后缀的后一位也++
            if (s.charAt(j) == s.charAt(i)){
                j++;
            } 
            next[i] = j; // 当前位置i对应的最大公共前后缀长度就等于当前j的值
        }
    }
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28. 找出字符串中第一个匹配项的下表

459. 重复的子字符串

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