字符串

对于字符串相关的代码题，可以从以下系统化的角度进行分析和解决。字符串是编程中常见的数据类型，涉及的操作包括查找、匹配、转换、分割、统计等，需结合算法和Java特性进行优化。

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一、分析问题的核心维度

字符串代码题分析解决指南

一、是什么？

字符串代码题是算法题中高频类型，要求对字符串进行操作、转换、匹配或分析。核心考察点包括：字符串遍历、模式匹配、动态规划、双指针等技巧的应用。

二、解决什么问题

1. 避免暴力解法：降低时间复杂度（如 O(n²) → O(n)）
2. 处理边界条件：空串、空格、大小写、特殊字符等
3. 优化空间效率：避免不必要的字符串拷贝（尤其Java中String不可变）
4. 匹配复杂规则：正则表达式、回文、子序列等场景

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三、 字符串操作类型

• 查找/匹配：子串搜索（KMP算法）、模式匹配（正则表达式）、字符定位等。
• 转换：大小写转换、编码转换（如Unicode）、反转、替换等。
• 分割/拼接：按分隔符拆分、多字符串合并（String.join()）。
• 统计：字符频率统计、最长子串/子序列等。
• 验证：回文串、括号匹配、格式校验（邮箱、URL等）。

四、 输入输出约束

• 输入范围：字符串长度（是否可能为空？）、字符集（ASCII/Unicode）、是否区分大小写。
• 输出要求：返回字符串、整数（如长度）、布尔值（是否匹配）或集合（如所有子串）。

五、 性能要求

• 时间复杂度：优先考虑 O(n) 或 O(n \log n) 的算法（如双指针、滑动窗口）。
• 空间复杂度：避免创建大量中间字符串（用 StringBuilder 代替 String 拼接）。

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核心分析角度

角度1：字符串特性分析

• 关键问题：
  • 是否需要预处理？（如str.trim()处理空格）
  • 是否需统一大小写？（如str.toLowerCase()）

角度2：选择数据结构

数据结构	适用场景	Java实现类
哈希表	字符计数、唯一性检查	HashMap<Character, Integer>
双端队列	滑动窗口、回文检查	ArrayDeque
字符串构建器	频繁修改字符串（避免创建新对象）	StringBuilder
Trie树	前缀匹配、字典搜索	自定义实现

角度3：算法策略选择

角度4：边界与异常处理

• 必须检查：

  if (str == null || str.isEmpty()) return ...; // 空值处理

• 特殊案例：
  • 字符串长度为0或1
  • 全空格字符串
  • Unicode字符（如中文）

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Java特有技巧（JDK8+）

1. Stream API处理（适合统计、过滤）：

   // 统计元音字母数量
   long count = str.chars()
                  .filter(c -> "aeiou".indexOf(c) != -1)
                  .count();

2. String.join()（快速拼接）：

   // 用逗号连接字符串数组
   String[] arr = {"a", "b", "c"};
   String result = String.join(",", arr); // "a,b,c"

3. 正则表达式（复杂匹配）：

   // 检查是否为数字字符串
   boolean isNumeric = str.matches("\\d+");

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经典问题解决模板

示例：反转字符串中的单词（Leetcode 151）

public String reverseWords(String s) {
    // 1. 预处理：去空格+分割
    String[] words = s.trim().split("\\s+"); 
    
    // 2. 双指针反转数组
    int left = 0, right = words.length - 1;
    while (left < right) {
        String temp = words[left];
        words[left++] = words[right];
        words[right--] = temp;
    }
    
    // 3. 用StringBuilder高效拼接
    return String.join(" ", words);
}

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高频考点总结

问题类型	核心技巧	时间复杂度优化点
回文验证	双指针（从外向内）	提前终止：left<right
子串查找	KMP算法 / Rabin-Karp	避免重复匹配
括号匹配	栈	遇到右括号立即出栈
字符串编码	滑动窗口+计数器	用数组代替HashMap

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注意事项

1. 不可变性陷阱：
   Java中String不可变，频繁修改用StringBuilder（线程安全用StringBuffer）。

2. 字符比较：
   用charAt(i)比toCharArray()更省空间：

   // 推荐
   for (int i=0; i<str.length(); i++) {
       char c = str.charAt(i);
   }

3. 动态规划应用：
   最长公共子序列（LCS）、编辑距离等问题需画状态转移表。

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总结

1. 四步分析法：特性 → 数据结构 → 算法 → 边界
2. 优先选择：
   • 双指针（80%问题可用）
   • StringBuilder（修改字符串）
   • 哈希表（快速查找）
3. 避免暴力：尤其嵌套循环（O(n²) 在长字符串中极慢）
4. JDK工具：善用String.join(), stream(), 正则表达式简化代码