Leetcode 字符串解码

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该代码的算法思想可以分为以下几个步骤:

1. 使用栈来处理嵌套结构:

  • 我们需要处理像 k[encoded_string] 这种格式,其中的 encoded_string 可能是嵌套的,即像 3[a2[c]] 这样的输入。因此,我们可以借助 Stack)来记录每一层的状态,处理嵌套的情况。

2. 两个栈来分别保存重复次数和当前字符串:

  • countStack: 用来保存当前需要重复的次数 k。每遇到一个 [,就表示有一个新的重复次数需要记录下来。
  • resultStack: 用来保存每次遇到 [ 之前生成的字符串(即之前的部分字符串),以便遇到 ] 时能把当前处理的部分和之前的部分结合起来。

3. 遍历字符串并根据字符类型进行处理:

  • 数字:当遇到数字时,可能会有多位数字组合在一起(例如 “10” 或 “100”),因此需要将完整的数字解析出来,并将它压入 countStack
  • 左括号 [:当遇到 [ 时,表示进入一个新的子问题,将当前已生成的字符串 result 存入 resultStack,并将 result 重置为空字符串,准备处理括号内的部分。
  • 右括号 ]:当遇到 ] 时,说明当前括号内的子字符串已经生成完毕,应该将其重复相应的次数(根据 countStack 中的值),然后将重复后的结果与之前保存的部分字符串拼接起来。
  • 字母:如果当前字符是字母(既不是数字,也不是括号),则直接将其附加到当前的 result 中。

4. 算法流程:

  • 代码从头到尾遍历字符串:
    • 遇到数字时解析出完整的数字,并压入 countStack
    • 遇到 [ 时,将当前字符串保存到 resultStack 并清空 result
    • 遇到 ] 时,弹出 countStackresultStack 的内容,生成重复的字符串并拼接起来。
    • 遇到普通字符时,将其附加到当前的 result 中。

5. 最终结果:

  • 遍历完所有字符后,result 中存储的就是最终解码后的字符串。

例子分析:

以输入 s = "3[a2[c]]" 为例:

  • 首先解析出数字 3,然后遇到 [,将当前的 result(空字符串)压入 resultStack
  • 继续遇到 a,将其加到 result 中。
  • 然后遇到 2,解析出数字 2,遇到 [,将当前的 result (a) 压入 resultStack
  • 遇到 c,将其加到 result 中,接着遇到 ],从 countStack 中弹出 2,将 c 重复两次并与 resultStack 中的 a 拼接,得到 acc
  • 最后遇到 ],将 acc 重复三次,得到最终结果 accaccacc

复杂度分析:

  • 时间复杂度: 每个字符都被处理一次,因此时间复杂度为 O(n),其中 n 是输入字符串的长度。
  • 空间复杂度: 由于使用了栈来存储中间结果,最坏情况下栈的深度为嵌套层数,因此空间复杂度也是 O(n)。

这样设计的算法能高效处理带有多层嵌套和重复的字符串解码问题。

class Solution {public String decodeString(String s) {Stack<Integer> countStack = new Stack<>();Stack<String> resultStack = new Stack<>();int index = 0;String result = "";while(index < s.length()) {if(Character.isDigit(s.charAt(index))) {int count = 0;while(Character.isDigit(s.charAt(index))) {count = count * 10 + (s.charAt(index) - '0'); //将连续数字字符转换为int数值index++; //注意,index的位置是在while循环内部更新,而不是while循环外部}countStack.push(count);}else if(s.charAt(index) == '[') {resultStack.push(result);result = "";index++;}else if(s.charAt(index) == ']') {StringBuilder temp = new StringBuilder(resultStack.pop());int repeatTimes = countStack.pop();for(int i = 0; i < repeatTimes; ++i) {temp.append(result); //temp一直在append并没有被清空过}//result 是增量式变化result = temp.toString();index++;}else {result = result + s.charAt(index);index++;}}return result;}
}

为什么在遇到[时,将当前字符串保存到 resultStack 并清空 result,这是因为第一次遇到[时,当前字符串是空串"",除了第一次,之后每次遇到[时,当前字符串都是上一个[]中的完整字符串,所以需要将当前字符串保存到 resultStack 并清空 result

你理解得非常正确!在遇到 [ 时,将当前字符串保存到 resultStack 并清空 result 是算法中的一个关键步骤,原因可以从以下几个方面解释:

1. 处理嵌套结构:

每次遇到 [ 时,说明即将开始处理一个新的子字符串,而当前的 result 中已经存储了上一个部分(或者是空串,如果是第一次遇到 [)。为了确保可以正确地将嵌套结构解析并组合在一起,需要先将当前的 result 暂时保存起来,等待后续处理完括号内的子字符串后再恢复。

2. 保存当前结果用于拼接:

  • 第一次遇到 [ 时,当前的 result 可能是空串 "",因为还没有处理到任何有效的字符。将空串压入 resultStack 只是为了保持结构一致。
  • 之后每次遇到 [ 时,当前的 result 已经包含了在之前解析的字符串。例如,对于输入 "2[abc]3[cd]ef",当处理到 3[ 时,result 可能是 "abcabc",这时需要将它保存到 resultStack,以便之后拼接 cd 重复的部分。

3. 清空 result 以处理括号内的新内容:

每次遇到 [ 后,新的字符串解析会从括号内部的内容开始,因此必须将 result 清空,确保解析的新字符串(括号内的部分)不会与之前的内容混在一起。这样做的目的是为每一对 [] 保持独立的处理状态。

例子解释:

假设我们处理字符串 s = "2[abc]3[cd]ef"

  1. 遇到 2,我们解析出 count = 2
  2. 遇到 [,我们把当前的 result(空串)压入 resultStack,然后清空 result,为接下来解析 abc 做准备。
  3. 解析到 abc,此时 result = "abc"
  4. 遇到 ],我们从 resultStack 中弹出空串,重复 abc 两次,得到 "abcabc",并将其保存到 result
  5. 继续处理 3[cd] 时,result = "abcabc",我们需要保存它,因此再次遇到 [ 时,将 "abcabc" 压入 resultStack,清空 result 以解析 cd
  6. 解析 cd 完成后,我们将 result = "cdcdcd" 与之前的 "abcabc" 拼接,得到 "abcabccdcdcd"
  7. 最后,添加 ef,得到最终结果 "abcabccdcdcdef"

总结:

每次遇到 [ 时,将当前的 result 保存到 resultStack,并清空 result 是为了:

  • 确保每个括号对内的字符串能够独立解析。
  • 保证括号内的字符串能够正确重复并与之前的部分拼接。

这一步处理使得代码可以正确解析嵌套和连续的编码字符串。

之所以使用StringBuilder temp, 是因为temp一直在append并且temp不会被清空,所以result = temp.toString();是增量式变化的

是的,完全正确!你对 StringBuilder temp 的使用理解非常到位。

使用 StringBuildertemp.append(result) 是为了增量式地构建字符串,并且 temp 不会在每次循环中被清空,它会逐步构建最终的解码结果。具体原因如下:

1. StringBuilder 提供高效的字符串拼接操作:

  • StringBuilder 是 Java 中用于高效处理字符串拼接的类,因为它不像 String 那样每次拼接都会创建一个新的字符串对象。使用 StringBuilder 可以避免频繁创建新对象,提升性能,特别是在循环中拼接大量字符串的情况下。

2. temp 用于存储多次拼接后的结果:

  • while 循环中,当遇到 ] 时,会把 resultStack 中保存的上一级的字符串取出,并将当前解析的 result 重复多次后,拼接回到 temp 中。
  • 每次进入这个步骤时,temp 会不断通过 temp.append(result) 增量式地拼接新的部分,而不会被清空。
  • 注意result 只存储当前括号内的部分,而 temp 逐渐积累最终结果。

3. 增量式的变化:

  • 每次遇到 ] 时,temp.append(result) 的结果会不断累积。然后使用 result = temp.toString();temp 中的累积结果转换回 String 类型并赋给 result,继续后续的处理。
  • temp 不会在循环中被清空,因此它能够保存之前的拼接结果,从而实现增量式的构建。

例子分析:

假设输入是 s = "3[a2[c]]",解析过程如下:

  1. 解析到 3[,开始处理 a2[c],此时 result = ""
  2. 解析到 aresult = "a"
  3. 解析到 2[c],进入内层括号,先把 result = "a" 压入 resultStack,然后清空 result 准备处理 c
  4. 解析到 cresult = "c",之后遇到 ],弹出 2,将 c 重复两次,得到 cc,将其与 resultStack 中的 "a" 拼接,生成 temp = "acc"
  5. 最后,处理 3[] 的外层,弹出 3,将 "acc" 重复三次,通过 temp.append(result) 得到 accaccacc,最终将其赋值给 result

因此,temp 是不断积累的,而 result 在不同层次的括号内会被清空并重新构建,这样的设计确保了各层括号中的字符串能够正确拼接到一起。

总结:

  • StringBuilder temp 用来增量式地拼接字符串,每次重复操作后都把结果追加到 temp,这样可以避免频繁创建新对象,并且不会在循环中被清空。
  • result = temp.toString(); 只是把 StringBuilder 中的累积结果转换成字符串后继续后续的处理。
  • 这种设计确保每层括号解析完后,拼接结果能够累积并正确组合,最终得到完整的解码字符串。

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