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目的与范围

本文档详细介绍了 leetcode-master 仓库中涵盖的字符串操作问题和技术。字符串操作是算法问题解决的关键基础,它连接了基本数据结构(数组、链表)和更高级的技术。本节重点介绍基本的字符串操作,如反转、旋转、单词翻转以及模式匹配算法,包括 KMP 算法。

有关使用双指针方法的其他字符串技术,请参阅双指针技术

来源:README.md141-150

字符串操作概述

字符串操作是编程和算法设计中的基本技能。该存储库涵盖了一系列逐步推进的字符串问题,这些问题在复杂性和技术应用上层层递进。

来源:README.md141-150

核心字符串问题

该存储库提供了一系列精心挑选的字符串问题,从基础到高级概念的递进。

基本字符串反转

字符串反转是许多字符串操作技术的基础。该存储库涵盖了完整的字符串反转和带有特定条件的局部字符串反转。

反转字符串 (344)

这个问题要求就地反转字符串。关键的洞察是使用双指针方法交换两端的字符,向中心移动。

实现技术:双指针,从字符串的两端开始,向中间移动,每一步交换字符。

来源:README.md143

反转字符串 II (541)

这个问题介绍了条件反转:对于字符串中的每 2k 个字符,反转前 k 个字符。如果剩余字符少于 k 个,则全部反转。如果剩余字符少于 2k 但多于 k 个,则反转前 k 个字符。

实现技术:将字符串按 2k 的块处理,仅对每个块中的前 k 个字符进行反转。

来源:README.md144

单词级别的字符串操作

这些问题将操作对象从字符级别提升到字符串中的单词或片段。

替换数字

这个问题涉及将字符串中的每个数字替换为指定数量的字符。

实现技术:创建一个具有扩展容量的新字符串,遍历原始字符串,根据需要替换数字。

来源:README.md145

反转字符串中的单词 (151)

这个问题要求反转字符串中单词的顺序,同时保持正确的单词结构并处理多余的空格。

实现技术:分三步进行

  1. 移除多余的空格
  2. 反转整个字符串
  3. 反转每个单词

来源:README.md146

右旋

右旋问题涉及将字符串的最后 n 个字符旋转到开头。

实现技术:使用反转操作的三步法

  1. 反转整个字符串
  2. 反转前 n 个字符
  3. 反转剩余字符

来源:README.md147

高级模式匹配

本节涵盖更复杂的字符串算法,特别是模式匹配。

KMP算法 (28.实现strStr)

KMP (Knuth-Morris-Pratt) 算法是一种高效的字符串匹配算法,它利用了这样一个观察:当发生不匹配时,先前匹配的字符包含的信息可以用来确定下一次匹配可能从何处开始,从而避免了不必要的重复比较。

关键组件

  • next 数组(部分匹配表):存储最长相等前缀和后缀的长度
  • 线性时间匹配:O(m+n),其中 m 和 n 分别是文本和模式的长度

来源:README.md148

重复的子字符串 (459)

这个问题要求判断一个字符串是否可以通过重复一个子字符串多次来构成。

实现技术:可以使用 KMP 算法解决,或者观察到如果一个字符串 s 由重复的子字符串组成,那么 s 将是 (s+s)[1:-1](s 与自身连接,去掉首尾字符)的子字符串。

来源:README.md149

字符串问题解决思路

下表总结了存储库中字符串问题所使用的关键技术

技术描述关键问题
双指针使用双指针(通常在相反的两端)来处理字符串反转字符串 (344)
反转反转整个字符串或部分字符串以解决旋转或单词排序问题反转字符串 II (541),反转单词 (151),右旋
字符处理逐字符操作替换数字
单词处理对单词级别片段进行操作反转单词 (151)
模式匹配用于查找模式的高级算法KMP (28),重复的子字符串 (459)
空间优化就地操作以最小化内存使用大多数字符串问题

来源:README.md141-150

字符串和其他数据结构

来源:README.md100-150

关键的字符串操作算法

该存储库涵盖的字符串操作关键算法包括:

  1. 双指针技术 - 用于就地反转和字符交换
  2. 多步反转技术 - 用于单词反转和字符串旋转
  3. KMP算法 - 高效的字符串模式匹配

KMP算法详细流程

来源:README.md148

参考其他章节

字符串操作技术与 leetcode-master 学习路径中的其他几个部分相关联

  1. 数组 (#3.1) - 字符串与字符数组密切相关
  2. 双指针技术 (#3.5) - 许多字符串问题都使用双指针
  3. 栈和队列 (#3.6) - 用于某些字符串解析问题
  4. 回溯 (#3.8) - 应用于复杂的字符串生成问题

来源:README.md100-167

总结

leetcode-master 的字符串部分提供了一个从基础字符操作到 KMP 等高级模式匹配算法的全面字符串操作技术。这些问题经过精心挑选,层层递进,引入新概念的同时巩固了之前学过的技术。

要点

  • 字符串反转技术是许多字符串操作的基础
  • 单词级别的字符串操作建立在字符操作之上
  • KMP 算法为模式匹配提供了一种高效的方法
  • 字符串问题常常利用数组、双指针和其他数据结构中的技术

掌握了这些字符串操作技术,您将为更高级的算法挑战做好充分准备,这些挑战建立在这些基础技能之上。

来源:README.md141-150