算法分析-面试1-字符串

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前言
一、分类：看看就行了
二、字符串
- API：
- - 创建和初始化：
  - 查询操作：
  - 比较操作：
  - 修改操作：
  - 截取操作：
  - 分割操作：
  - 格式化操作：
  - 连接操作（Java 8 及以后）：
  - 构建和操作可变字符串（StringBuilder 和 StringBuffer）：
  - 正则补充：
- 力扣题CASE：
- - 1、密码匹配：
  - 2、字符串翻转
  - 3、寻找最长回文字串---其实使用类似暴力穷举法挨个进行遍历
  - - 分析
  - 方法2
  - 4、寻找最长递增子序列（集合或者数组中也会有）同上都是动态规划类似暴力穷举法
总结

前言

提示：任重而道远：
算法：一个刷一段时间很有感觉，然后一段时间内不刷又忘了的一种面试工具。
但是重点还得理解其思想。

一、分类：看看就行了

提示：算法问题大致可以归为以下几大类，每一类都有其特定的特点和基本的解题思路。
1、数组和字符串：

特点：涉及数组的遍历、操作、变换以及字符串的处理问题。
解题思路：熟悉数组索引操作、双指针法、排序、动态规划、字符串匹配算法。

2、链表：

特点：包括链表的创建、反转、合并、排序等操作。
解题思路：掌握指针和递归技巧，学会追踪节点之间的关系。

3、树和图：

特点：主要涉及数据结构中的树（如二叉树、二叉搜索树等）和图的相关算法。
解题思路：了解树遍历（前序、中序、后序），学习图的表示、遍历（DFS、BFS）以及特定算法（如Dijkstra和A*搜索算法）。

4、动态规划：

特点：考查如何把复杂问题拆解为简单子问题，以及如何利用过往计算结果降低时间复杂度。
解题思路：理解状态表示和状态转移方程，从子问题的构建和解决入手，求解原问题。

5、排序和搜索：

特点：包括各种排序算法和搜索技术的应用。
解题思路：掌握基本排序算法（如快速排序、归并排序）和二分搜索算法。

6、贪心算法：

特点：通过局部最优选择来寻求全局最优解的问题。
解题思路：识别贪心能够得到全局最优解的问题特点，构造贪心策略得到解决方案。

7、数学和数字操作：

特点：涉及数学计算、数字处理，如素数计算、幂运算、位操作等。
解题思路：掌握数学运算性质和逻辑运算技巧，处理数学逻辑题目。

8、递归和回溯：

特点：解决可以通过回朔尝试找到可能的解集合的问题，常见于排列组合和解谜游戏。
解题思路：采取试错的思想，通过递归方式对可能的解进行遍历。

9、分而治之：

特点：包括将大问题拆分为若干小问题，单独解决后再合并结果的算法策略。
解题思路：理解并运用分治模板，通常结合递归实现问题的拆解和解决。

10、设计问题：

特点：设计数据结构或算法来满足特定的性能要求。
解题思路：结合实际问题需求，使用合适的数据结构，注意考虑时间和空间复杂度。

二、字符串

提示：具体使用-此篇仅仅描述字符串：其他在后续系列文章中逐渐补充算法第一步：先背API：

理解：其实字符串也能看成一个集合或者是数组，所谓的操作无非也是对其的增删改查操作。

API：

创建和初始化：

使用字面量（例如：String s = “Hello”;）
使用new关键字（例如：String s = new String(“Hello”);）

查询操作：

length()：返回字符串的长度。
charAt(int index)：返回指定索引处的字符。
indexOf(String str)：返回指定子字符串首次出现的索引。
lastIndexOf(String str)：返回指定子字符串最后出现的索引。
startsWith(String prefix)：测试字符串是否以指定的前缀开始。
endsWith(String suffix)：测试字符串是否以指定的后缀结束。
contains(CharSequence s)：检查字符串中是否包含指定序列。

比较操作：

equals(Object obj)：比较字符串与对象内容是否相等。
equalsIgnoreCase(String anotherString)：与equals方法类似，但忽略大小写。
compareTo(String anotherString)：按字典顺序比较两个字符串。

修改操作：

concat(String str)：将指定字符串连接到此字符串的末尾。
replace(char oldChar, char newChar)：返回一个新字符串，它是通过用newChar替换此字符串中出现的所有oldChar得到的。
replaceAll(String regex, String replacement)：使用给定的replacement替换此字符串所有匹配给定的正则表达式的子字符串。
toUpperCase()：返回一个新字符串，它是通过将此字符串中的所有字符转换为大写来创建的。
toLowerCase()：返回一个新字符串，它是通过将此字符串中的所有字符转换为小写来创建的。
trim()：返回一个新字符串，它去除了原始字符串头尾空白符。

截取操作：

substring(int beginIndex)：返回一个新字符串，它是此原始字符串的一个子字符串。
substring(int beginIndex, int endIndex)：返回一个新字符串，它是此原始字符串的一个子字符串，从beginIndex开始到endIndex结束。

分割操作：

split(String regex)：根据匹配给定正则表达式的方式拆分字符串。

格式化操作：

String.format(String format, Object… args)：返回一个使用指定语言环境、格式字符串和参数格式化的新字符串。
转换操作：
getBytes()：使用平台的默认字符集将此 String 编码为字节序列，并将结果存储到一个新的字节数组中。
toCharArray()：将此字符串转换为一个新的字符数组。

连接操作（Java 8 及以后）：

String.join(CharSequence delimiter, CharSequence… elements)：返回一个新的字符串，通过使用指定的分隔符连接传入的元素。

构建和操作可变字符串（StringBuilder 和 StringBuffer）：

StringBuilder 或 StringBuffer 的 append(), insert(), delete(), reverse() 等方法，它们提供了一种改变字符串内容的方式，而不产生新的字符串对象。

对于字符串操作，重要的是可读性和效率的平衡。对于简单的操作，直接使用String类的方法即可。
但是，如果需要在循环中或者在多次连续修改字符串时，建议使用StringBuilder或StringBuffer，因为它们是可变的，而String的每次修改都会生成新的字符串对象，可能导致内存和性能的开销。

正则补充：

1、使用replaceAll方法删除所有非字母字符，用空格替换。

String s = "$bo*y gi!r#l";
s = s.replaceAll("[^a-zA-Z]", " ");

2、使用正则表达式 \\s+匹配一个或多个空格字符来分割字符串。

String s = "bo y gi r l";
String[] words = s.split("\\s+");

3、正则表达式格式匹配 .matches();


String phoneNumber = "123-456-7890";
// 检查电话号码是否匹配特定的格式
boolean isValidPhoneNumber = phoneNumber.matches("\\d{3}-\\d{3}-\\d{4}");// 在这个例子中，正则表达式 \\d{3}-\\d{3}-\\d{4} 指定了电话号码的一种常见格式，
// 其中 \\d 表示数字，{3} 表示前面的字符（数字）恰好重复3次。整个表达式匹配的格式为：
// 三位数字，一个破折号，三位数字，一个破折号，再后面是四位数字。String email = "example@email.com";
// 检查电子邮箱是否符合基本的电子邮箱格式
boolean isValidEmail = email.matches("[\\w.-]+@[\\w.-]+\\.[a-z]{2,}");
// 这里的正则表达式 [\\w.-]+@[\\w.-]+\\.[a-z]{2,} 用来匹配电子邮箱地址，
// 其中 \\w 表示字母、数字或下划线，+ 表示前面的字符组合可以出现一次或多次，
// [a-z]{2,} 表示邮箱的顶级域至少有两个字母长。

力扣题CASE：

1、密码匹配：

public class PasswordChecker {public int passwordStrength(String password) {int count = 0; // 用于统计满足条件的正则表达式数量// 判断密码中是否包含至少一个小写字母if (password.matches(".*[a-z].*")) {count++;}// 判断密码中是否包含至少一个大写字母if (password.matches(".*[A-Z].*")) {count++;}// 判断密码中是否包含至少一个数字if (password.matches(".*\\d.*")) {count++;}// 判断密码中是否包含至少一个非字母数字字符，这里使用了 ^ 表示取反，// [^a-zA-Z0-9] 表示除了字母和数字之外的任意字符if (password.matches(".*[^a-zA-Z0-9].*")) {count++;}// 返回满足的条件数，可以通过这个数来判断密码的强度return count;}public static void main(String[] args) {PasswordChecker checker = new PasswordChecker();String password = "Password123!";int strength = checker.passwordStrength(password);System.out.println("Password strength: " + strength + " out of 4");}
}

2、字符串翻转

import java.util.*;public class Solution {public String reverseWords(String s) {// 使用replaceAll方法删除所有非字母字符，用空格替换。s = s.replaceAll("[^a-zA-Z]", " ");// 使用trim方法去除可能出现的前后空格。s = s.trim();// 使用正则表达式\\s+匹配一个或多个空格字符来分割字符串。String[] words = s.split("\\s+");// 使用StringBuilder构造反转后的字符串。StringBuilder reversed = new StringBuilder();// 从后向前遍历单词数组，倒序构造字符串。for (int i = words.length - 1; i >= 0; i--) {reversed.append(words[i]);// 在单词之间添加空格，除了最后一个单词外。if (i > 0) {reversed.append(" ");}}// 返回构造好的字符串。return reversed.toString();}public static void main(String[] args) {Solution solution = new Solution();String input1 = "I am a student";System.out.println(solution.reverseWords(input1)); // 输出：student a am IString input2 = "$bo*y gi!r#l";System.out.println(solution.reverseWords(input2)); // 输出：l r gi y bo}
}

3、寻找最长回文字串—其实使用类似暴力穷举法挨个进行遍历

public class Main {public static int longestPalindrome(String s) {if (s == null || s.length() == 0) {return 0;}int n = s.length();boolean[][] dp = new boolean[n][n];int maxLength = 1; // 最长回文串的初始长度，至少为1// 初始化动态规划表中的单个字符和相邻字符对应的值for (int i = 0; i < n; i++) {dp[i][i] = true; // 任何一个单独的字符都是回文串if (i < n - 1 && s.charAt(i) == s.charAt(i + 1)) {dp[i][i + 1] = true; // 相邻且字符相同的两个字符是回文串maxLength = 2;}}// 使用动态规划，从长度为3开始一直到字符串总长度for (int len = 3; len <= n; len++) {// i为开始位置for (int i = 0; i + len <= n; i++) {int j = i + len - 1; // j为结束位置// 如果开始和结束的字符相同，并且去掉两端的子字符串也是回文串if (s.charAt(i) == s.charAt(j) && dp[i + 1][j - 1]) {dp[i][j] = true; // 更新动态规划表，标记为回文串maxLength = len; // 更新最长回文子串的长度}}}return maxLength; // 返回找到的最长回文串的长度}public static void main(String[] args) {String input = "12HHHHA";System.out.println(longestPalindrome(input)); // 输出：4}
}

分析

定义名为longestPalindrome的方法来找出最长有效密码串（即最长的回文子串）。
首先检查输入字符串s是否为空或长度为0，如果是，则返回0。
初始化字符串的长度n和一个二维布尔数组dp来保存动态规划的状态。dp[i][j]将会表示字符串从索引i到索引j之间的子串是否是回文串。
然后，对于所有可能的起始点i到终点i + 1之间的情况，检查是否存在长度为2的回文串，并初始化动态规划表中对应项的值为true。
接下来是动态规划的主循环，使用变量len从3开始迭代，直到字符串的总长度。对于每一个长度，检查所有可能的子字符串，更新动态规划表，并记录最长回文子串的长度。
如果找到更长的回文子串，将maxLength更新为当前子串的长度。
最终返回maxLength作为最长回文子串的长度。
main方法中创建一个输入的测试字符串，调用longestPalindrome方法，并输出结果。

方法2

public class Main2 {public static void main(String[] args) {String str = "12HHHHA";System.out.println("最长的回文子串长度是：" + longestPalindromeSubstringLength(str));}public static int longestPalindromeSubstringLength(String str) {int maxLength = 0; // 最长回文子串的长度for (int i = 0; i < str.length(); i++) {// 处理奇数长度的回文串maxLength = Math.max(maxLength, expandAroundCenter(str, i, i));// 处理偶数长度的回文串maxLength = Math.max(maxLength, expandAroundCenter(str, i, i + 1));}return maxLength;}/*** 从left和right指定的中心位置向外扩展，寻找最长的回文子串*/public static int expandAroundCenter(String s, int left, int right) {while (left >= 0 && right < s.length() && s.charAt(left) == s.charAt(right)) {left--;right++;}return right - left - 1; // 回文长度}
}