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字符串问题

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概述

本文档涵盖了技术面试中常见的字符串操作问题。字符串问题测试候选人有效且高效地处理文本数据的能力，需要了解字符串操作、字符操作以及哈希表等相关数据结构。本页面重点介绍存储库中常见字符串问题解决方案的实现和分析。

有关数组相关问题，请参阅数组问题。

字符串问题类型

技术面试中的字符串问题可以分为几种不同的类型，每种类型都测试字符串操作的不同方面。

来源：company/snapchat/ReverseWordsInAString.java leetcode/hash-table/ValidAnagram.java company/microsoft/LongestPalindromicSubstring.java leetcode/hash-table/FirstUniqueCharacterInAString.java

常见字符串问题

反转字符串中的单词

此问题要求反转字符串中单词的顺序，同时保持每个单词内字符的顺序。

问题陈述

  • 输入：一个包含由空格分隔的单词的字符串。
  • 输出：一个单词顺序颠倒的字符串。
  • 示例：输入：“the sky is blue” → 输出：“blue is sky the”

实现方法：该解决方案使用 Java 内置的字符串操作功能

  1. 使用正则表达式将输入字符串拆分成单词
  2. 以相反的顺序迭代单词以构建结果

代码实现：该实现首先使用 trim() 删除开头/结尾的空格，然后使用 split("\\s+") 处理单词之间的多个空格。算法随后从数组末尾开始迭代，构建一个新字符串。

时间复杂度： O(n)，其中 n 是输入字符串的长度 空间复杂度： O(n)，用于存储单词数组和结果字符串

来源：leetcode/string/ReverseWordsInAString.java7-15 company/microsoft/ReverseWordsInAString.java7-15

最长回文子串

此问题要求找到从前向后和从后向前读取都相同的最长子字符串。

问题陈述

  • 输入：一个字符串
  • 输出：最长回文子字符串
  • 示例：输入：“babad” → 输出：“bab” 或 “aba”

实现方法：该实现使用暴力破解法

  1. 检查所有可能的子字符串
  2. 对于每个子字符串，检查它是否是回文
  3. 记录找到的最长回文子字符串

代码实现：该解决方案使用嵌套循环生成所有可能的子字符串，并使用一个辅助 isPalindrome 方法，该方法利用双指针检查字符串是否是回文。

时间复杂度： O(n³)，其中 n 是字符串的长度 空间复杂度： O(n)，用于存储最长回文子字符串

来源：company/amazon/LongestPalindromicSubstring.java14-41 company/microsoft/LongestPalindromicSubstring.java14-41 company/bloomberg/LongestPalindromicSubstring.java14-41

有效变位词

此问题检查两个字符串是否是彼此的变位词（即包含相同字符且字符频率相同）。

问题陈述

  • 输入：两个字符串 s 和 t
  • 输出：布尔值，表示 t 是否是 s 的变位词
  • 示例：输入：s = “anagram”，t = “nagaram” → 输出：true

实现方法：该解决方案使用 HashMap 来计算字符频率

  1. 计算第一个字符串中每个字符的出现次数
  2. 递减第二个字符串中每个字符的计数
  3. 验证所有计数均为零

代码实现：该实现创建一个 HashMap 来跟踪第一个字符串中的字符计数，在处理第二个字符串时递减计数，并验证所有字符都恰好使用了一次。

时间复杂度： O(n)，其中 n 是两个字符串的总长度 空间复杂度： O(k)，其中 k 是唯一字符的数量

来源：leetcode/hash-table/ValidAnagram.java2-30

字符串中的第一个唯一字符

此问题查找字符串中第一个不重复的字符并返回其索引。

问题陈述

  • 输入：一个字符串
  • 输出：第一个不重复字符的索引，如果不存在则为 -1
  • 示例：输入：“leetcode” → 输出：0（字符 'l'）

实现方法：该解决方案使用 HashMap 来跟踪字符索引

  1. 遍历字符串，记录每个字符首次出现的索引
  2. 标记出现多次的字符
  3. 找到唯一字符中的最小索引

代码实现：该实现跟踪字符位置，对重复字符进行特殊处理，然后找到最早的唯一字符。

时间复杂度： O(n)，其中 n 是字符串的长度 空间复杂度： O(k)，其中 k 是字符集的大小

来源：leetcode/string/FirstUniqueCharacterInAString.java12-34 company/amazon/FirstUniqueCharacterInAString.java12-34 company/microsoft/FirstUniqueCharacterInAString.java12-34

字符串问题技巧

此存储库中的字符串问题展示了可应用于不同问题的几个关键技巧。

来源：company/microsoft/LongestPalindromicSubstring.java31-41 leetcode/hash-table/ValidAnagram.java2-30 leetcode/string/ReverseWordsInAString.java7-15

常见时间与空间复杂度模式

字符串问题通常根据所使用的技巧表现出几种复杂度模式

技术时间复杂度空间复杂度示例问题
使用 HashMap 进行字符计数O(n)O(k)有效变位词
双指针字符串验证O(n)O(1)回文检查
暴力子字符串生成O(n²) 或 O(n³)O(n)最长回文子串
字符串分割与连接O(n)O(n)反转字符串中的单词
字符索引O(n)O(k)第一个唯一字符

其中

  • n = 字符串的长度
  • k = 字符集的大小（通常是常数，例如小写英文字母为 26）

来源：company/microsoft/LongestPalindromicSubstring.java14-29 leetcode/hash-table/ValidAnagram.java2-30 leetcode/string/FirstUniqueCharacterInAString.java12-34

常考字符串问题的公司

根据存储库结构，各种公司在技术面试中经常提出不同类型的字符串问题。

来源：company/microsoft/ReverseWordsInAString.java company/snapchat/ReverseWordsInAString.java company/microsoft/LongestPalindromicSubstring.java company/amazon/LongestPalindromicSubstring.java company/amazon/FirstUniqueCharacterInAString.java company/microsoft/FirstUniqueCharacterInAString.java company/google/FirstUniqueCharacterInAString.java

优化策略

在解决字符串问题时，有几种优化策略可以提高性能

  1. 高效利用内置字符串函数:

    • 字符串分割（如反转字符串中的单词问题）
    • 正则表达式进行模式匹配

  2. 选择合适的数据结构:

    • HashMap 用于字符计数（有效变位词问题）
    • 当字符集有限时，使用数组而非 HashMap

  3. 考虑字符串不可变性:

    • 在循环中构建字符串时使用 StringBuilder
    • 最小化字符串连接操作

  4. 应用特定问题的优化:

    • 对于回文问题，从中间向外检查
    • 对于变位词问题，当字符计数不匹配时尽早退出

来源：leetcode/string/ReverseWordsInAString.java7-15 leetcode/hash-table/ValidAnagram.java2-30 company/microsoft/LongestPalindromicSubstring.java14-41

字符串问题练习技巧

掌握技术面试中的字符串问题

  1. 学习编程语言中的标准字符串操作
  2. 理解字符串不可变性及其性能影响
  3. 练习使用哈希表进行字符计数
  4. 掌握双指针技巧用于回文检查和字符串比较
  5. 识别何时使用专门的数据结构，如用于前缀匹配问题的字典树（Trie）

请记住，许多字符串问题都可以用类似的技术解决，理解这些模式是在面试中高效解决问题的关键。