Android学习总结之算法篇五（字符串）

字符串求回文字串数目

public class CountPalindromicSubstrings {/*** 此方法用于计算字符串中回文子串的数量* @param s 输入的字符串* @return 回文子串的数量*/public static int countSubstrings(String s) {// 若输入字符串为空或长度为 0，直接返回 0if (s == null || s.length() == 0) {return 0;}// 用于记录回文子串的数量int count = 0;// 获取字符串的长度int n = s.length();// 遍历字符串中的每个字符for (int i = 0; i < n; i++) {// 以单个字符为中心进行扩展，统计以该字符为中心的回文子串数量count += expandAroundCenter(s, i, i);// 以两个相邻字符为中心进行扩展，统计以这两个相邻字符为中心的回文子串数量count += expandAroundCenter(s, i, i + 1);}return count;}/*** 以给定的左右索引为中心向两边扩展，计算以该中心的回文子串数量* @param s 输入的字符串* @param left 左索引* @param right 右索引* @return 以该中心的回文子串数量*/private static int expandAroundCenter(String s, int left, int right) {// 用于记录以该中心的回文子串数量int count = 0;// 当左右索引在字符串范围内，并且对应字符相等时，继续扩展while (left >= 0 && right < s.length() && s.charAt(left) == s.charAt(right)) {// 每找到一个回文子串，数量加 1count++;// 左索引向左移动一位left--;// 右索引向右移动一位right++;}return count;}public static void main(String[] args) {// 定义一个示例字符串String s = "abc";// 调用 countSubstrings 方法计算回文子串的数量，并输出结果System.out.println("回文子串的数目是: " + countSubstrings(s));}
}    

字符串转整数（atoi）

题目：输入一个表示整数的字符串，转换成整数并输出。需处理正负号、溢出（返回 INT_MAX 或 INT_MIN）、非法字符（遇到非数字字符停止转换）。

// 该类用于将字符串转换为整数，模拟实现 Java 中的字符串转整数功能
public class StringToInteger {// 此方法将输入的字符串 s 转换为整数public int myAtoi(String s) {// 获取输入字符串的长度int len = s.length();// 若字符串长度为 0，即空字符串，直接返回 0if (len == 0) return 0;// 步骤 1: 去除字符串开头的空白字符// 初始化索引，用于遍历字符串int index = 0;// 当索引未越界且当前字符为空白字符时，索引向后移动while (index < len && s.charAt(index) == ' ') {index++;}// 步骤 2: 处理字符串中的符号位// 初始化符号，默认为正号int sign = 1;// 若索引未越界且当前字符为正号或负号if (index < len && (s.charAt(index) == '+' || s.charAt(index) == '-')) {// 若为负号，将符号设为 -1；若为正号，符号保持为 1sign = (s.charAt(index) == '-') ? -1 : 1;// 索引向后移动一位index++;}// 步骤 3: 把字符串中的数字部分转换为整数，同时处理可能的溢出情况// 用 long 类型存储结果，避免在转换过程中出现整数溢出long result = 0;// 当索引未越界且当前字符为数字时while (index < len && Character.isDigit(s.charAt(index))) {// 把当前字符转换为对应的数字int digit = s.charAt(index) - '0';// 把当前数字添加到结果中result = result * 10 + digit;// 检查是否发生正溢出if (sign == 1 && result > Integer.MAX_VALUE) {// 若发生正溢出，返回整数的最大值return Integer.MAX_VALUE;}// 检查是否发生负溢出if (sign == -1 && result > -(long)Integer.MIN_VALUE) {// 若发生负溢出，返回整数的最小值return Integer.MIN_VALUE;}// 索引向后移动一位index++;}// 把最终结果乘以符号，并转换为 int 类型返回return (int)(result * sign);}public static void main(String[] args) {// 创建 StringToInteger 类的实例StringToInteger solution = new StringToInteger();// 测试不同的输入字符串，并打印转换后的整数结果System.out.println(solution.myAtoi("42"));         // 输出 42System.out.println(solution.myAtoi("-42"));        // 输出 -42System.out.println(solution.myAtoi("4193 with words")); // 输出 4193System.out.println(solution.myAtoi("words and 987")); // 输出 0（遇到非数字字符则停止转换）System.out.println(solution.myAtoi("-91283472332")); // 输出 -2147483648（整数的最小值，处理了溢出情况）}
}

字符串全排列

题目：输入一个字符串（含重复字符），打印所有字符排列（不重复输出）。
算法：回溯法，递归交换字符位置生成排列，使用Set去重（或在递归时跳过重复字符）。

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Set;// 该类用于生成字符串的所有不重复排列
public class StringPermutation {// 用于存储最终生成的所有排列结果private List<String> result = new ArrayList<>();// 存储输入字符串转换后的字符数组private char[] chars;// 生成字符串 s 的所有不重复排列public List<String> permutation(String s) {// 将输入的字符串转换为字符数组，方便后续操作chars = s.toCharArray();// 调用回溯函数，从索引 0 开始生成排列backtrack(0);// 返回存储所有排列结果的列表return result;}// 回溯函数，用于生成排列private void backtrack(int index) {// 当索引等于字符数组的长度时，说明已经生成了一个完整的排列if (index == chars.length) {// 将当前字符数组转换为字符串，并添加到结果列表中result.add(new String(chars));// 递归终止，返回上一层return;}// 使用 Set 记录已经交换过的字符，避免生成重复的排列Set<Character> used = new HashSet<>();// 从当前索引开始，遍历字符数组for (int i = index; i < chars.length; i++) {// 如果当前字符已经在 Set 中，说明已经交换过，跳过该字符if (used.contains(chars[i])) continue;// 将当前字符添加到 Set 中，表示已经使用过used.add(chars[i]);// 交换当前索引和 i 索引位置的字符swap(index, i);// 递归调用回溯函数，处理下一个索引位置backtrack(index + 1);// 回溯操作，恢复交换前的状态，以便尝试其他排列swap(index, i);}}// 交换字符数组中两个位置的字符private void swap(int i, int j) {// 临时存储 i 位置的字符char temp = chars[i];// 将 j 位置的字符赋值给 i 位置chars[i] = chars[j];// 将临时存储的字符赋值给 j 位置chars[j] = temp;}public static void main(String[] args) {// 创建 StringPermutation 类的实例StringPermutation solution = new StringPermutation();// 测试输入字符串 "abc"，并打印生成的所有排列System.out.println(solution.permutation("abc")); // 测试输入字符串 "aab"，并打印生成的所有不重复排列System.out.println(solution.permutation("aab")); }
}

复杂度分析：

• 时间复杂度：O (n×n!)，n 为字符串长度。每个位置有 n, n-1, ..., 1 种可能，总共有 n! 种排列，每次生成排列需 O (n) 时间复制字符数组。
• 空间复杂度：O (n)，递归栈深度为 n，存储排列的空间为 n!×n（平均情况可视为 O (n!)）。

找最小的 k 个数

题目：从 n 个数中找到最小的 k 个数（k≤n）。
算法：使用最大堆（优先队列）维护 k 个元素，堆顶是当前 k 个数中的最大值。遍历数组时，若当前数小于堆顶，则替换堆顶，保证堆中始终是最小的 k 个数。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.PriorityQueue;// 该类用于找出数组中最小的 k 个数
public class SmallestKNumbers {// 该方法用于从数组 arr 中找出最小的 k 个数public List<Integer> getLeastNumbers(int[] arr, int k) {// 用于存储最终找到的最小的 k 个数List<Integer> result = new ArrayList<>();// 如果 k 为 0，说明不需要找最小的数，直接返回空列表if (k == 0) return result;// 使用优先队列来实现最大堆。// PriorityQueue 默认是最小堆，通过传入 (a, b) -> b - a 这个逆序比较器，将其转换为最大堆PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>((a, b) -> b - a);// 遍历数组中的每个元素for (int num : arr) {// 如果最大堆中的元素数量小于 k，直接将当前元素添加到最大堆中if (maxHeap.size() < k) {maxHeap.offer(num);} else if (num < maxHeap.peek()) {// 如果最大堆已经有 k 个元素，且当前元素比堆顶元素（堆中的最大值）小// 则移除堆顶元素，将当前元素添加到堆中maxHeap.poll();maxHeap.offer(num);}}// 遍历最大堆，将堆中的元素依次添加到结果列表中while (!maxHeap.isEmpty()) {result.add(maxHeap.poll());}// 返回存储最小的 k 个数的列表return result;}public static void main(String[] args) {// 创建 SmallestKNumbers 类的实例SmallestKNumbers solution = new SmallestKNumbers();// 定义一个测试数组int[] arr = {3, 2, 1, 5, 6, 4};// 调用 getLeastNumbers 方法找出数组中最小的 2 个数，并打印结果System.out.println(solution.getLeastNumbers(arr, 2)); // 结果可能是 [1, 2]，由于堆结构不保证元素的顺序，实际输出顺序可能不同，可后续排序}
}

优化说明：

• 若需要结果排序，可在最后对列表排序：result.sort((a,b)->a-b);。
• 复杂度分析：
  • 时间复杂度：O (n log k)，每个元素入堆和出堆操作均为 O (log k)，共 n 次操作。
  • 空间复杂度：O (k)，堆中存储 k 个元素。

其他方法对比：

• 排序法：先排序数组，取前 k 个。时间复杂度 O (n log n)，适用于 n 较小的情况。
• 快速选择（类似快排分区）：平均时间复杂度 O (n)，但最坏情况 O (n²)，且不适用于海量数据（需修改原数组）。

环形链表总集

// 定义链表节点类，每个节点包含一个整数值和一个指向下一个节点的引用
class ListNode {int val;ListNode next;// 构造函数，用于初始化节点的值ListNode(int x) {val = x;next = null;}
}public class CircularLinkedListAlgorithms {/*** 判断链表是否有环* @param head 链表的头节点* @return 如果链表有环返回 true，否则返回 false*/public static boolean hasCycle(ListNode head) {// 若链表为空或者只有一个节点，不可能存在环，直接返回 falseif (head == null || head.next == null) {return false;}// 慢指针，每次移动一步ListNode slow = head;// 快指针，每次移动两步ListNode fast = head;// 当快指针和其下一个节点都不为空时，继续循环while (fast != null && fast.next != null) {// 慢指针移动一步slow = slow.next;// 快指针移动两步fast = fast.next.next;// 如果慢指针和快指针相遇，说明链表存在环if (slow == fast) {return true;}}// 快指针到达链表末尾，说明链表不存在环return false;}/*** 找到环形链表的入环点* @param head 链表的头节点* @return 入环点的节点，如果链表无环则返回 null*/public static ListNode detectCycle(ListNode head) {// 若链表为空或者只有一个节点，不可能存在环，直接返回 nullif (head == null || head.next == null) {return null;}// 慢指针，每次移动一步ListNode slow = head;// 快指针，每次移动两步ListNode fast = head;// 标记链表是否有环boolean hasCycle = false;// 当快指针和其下一个节点都不为空时，继续循环while (fast != null && fast.next != null) {// 慢指针移动一步slow = slow.next;// 快指针移动两步fast = fast.next.next;// 如果慢指针和快指针相遇，说明链表存在环if (slow == fast) {hasCycle = true;break;}}// 如果链表无环，返回 nullif (!hasCycle) {return null;}// 慢指针重新指向头节点slow = head;// 慢指针和快指针同时移动一步，直到它们相遇，相遇点即为入环点while (slow != fast) {slow = slow.next;fast = fast.next;}return slow;}/*** 计算环形链表的环长度* @param head 链表的头节点* @return 环的长度，如果链表无环则返回 0*/public static int cycleLength(ListNode head) {// 若链表为空或者只有一个节点，不可能存在环，直接返回 0if (head == null || head.next == null) {return 0;}// 慢指针，每次移动一步ListNode slow = head;// 快指针，每次移动两步ListNode fast = head;// 标记链表是否有环boolean hasCycle = false;// 当快指针和其下一个节点都不为空时，继续循环while (fast != null && fast.next != null) {// 慢指针移动一步slow = slow.next;// 快指针移动两步fast = fast.next.next;// 如果慢指针和快指针相遇，说明链表存在环if (slow == fast) {hasCycle = true;break;}}// 如果链表无环，返回 0if (!hasCycle) {return 0;}// 初始化环的长度为 1int length = 1;// 快指针移动一步fast = fast.next;// 快指针继续移动，直到再次和慢指针相遇，记录移动的步数while (slow != fast) {fast = fast.next;length++;}return length;}public static void main(String[] args) {// 构建一个有环的链表示例ListNode node1 = new ListNode(1);ListNode node2 = new ListNode(2);ListNode node3 = new ListNode(3);ListNode node4 = new ListNode(4);node1.next = node2;node2.next = node3;node3.next = node4;node4.next = node2; // 形成环// 调用 hasCycle 方法判断链表是否有环并输出结果System.out.println("链表是否有环: " + hasCycle(node1));// 调用 detectCycle 方法找到入环点ListNode entryPoint = detectCycle(node1);if (entryPoint != null) {// 若有入环点，输出入环点的值System.out.println("入环点的值: " + entryPoint.val);} else {// 若没有入环点，输出提示信息System.out.println("没有入环点");}// 调用 cycleLength 方法计算环的长度并输出结果System.out.println("环的长度: " + cycleLength(node1));}
}    

有序数组去重

public class RemoveDuplicatesSortedArray {/*** 此方法用于移除有序数组中的重复元素，使每个元素只出现一次。* 并返回移除重复元素后数组的新长度。* 原数组会被修改，新长度之前的元素为去重后的元素。** @param nums 输入的有序整数数组* @return 去重后数组的新长度*/public static int removeDuplicates(int[] nums) {// 如果数组为空，直接返回 0if (nums == null || nums.length == 0) {return 0;}// 慢指针，指向去重后数组的最后一个位置int slow = 0;// 快指针，用于遍历数组for (int fast = 1; fast < nums.length; fast++) {// 如果快指针指向的元素和慢指针指向的元素不相等if (nums[fast] != nums[slow]) {// 慢指针向后移动一位slow++;// 将快指针指向的元素赋值给慢指针当前位置nums[slow] = nums[fast];}}// 慢指针的位置加 1 就是去重后数组的长度return slow + 1;}public static void main(String[] args) {// 定义一个有序数组int[] nums = {1, 1, 2, 2, 3, 4, 4, 4, 5};// 调用 removeDuplicates 方法进行去重int newLength = removeDuplicates(nums);System.out.println("去重后数组的新长度: " + newLength);System.out.print("去重后的数组元素: ");for (int i = 0; i < newLength; i++) {System.out.print(nums[i] + " ");}}
}    

数组合并区间 

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;public class MergeIntervals {/*** 合并重叠的区间* @param intervals 输入的区间数组* @return 合并后不重叠的区间数组*/public static int[][] merge(int[][] intervals) {// 如果输入数组为空或者长度为 0，直接返回空数组if (intervals == null || intervals.length == 0) {return new int[0][0];}// 按照区间的起始位置进行排序Arrays.sort(intervals, Comparator.comparingInt(a -> a[0]));// 用于存储合并后的区间List<int[]> merged = new ArrayList<>();// 取第一个区间作为初始的合并区间int[] current = intervals[0];// 遍历剩余的区间for (int i = 1; i < intervals.length; i++) {int[] interval = intervals[i];// 如果当前区间的结束位置大于等于下一个区间的起始位置，说明有重叠if (current[1] >= interval[0]) {// 更新当前区间的结束位置为两个区间结束位置的最大值current[1] = Math.max(current[1], interval[1]);} else {// 没有重叠，将当前区间加入到合并列表中merged.add(current);// 更新当前区间为下一个区间current = interval;}}// 将最后一个合并的区间加入到列表中merged.add(current);// 将列表转换为二维数组并返回return merged.toArray(new int[merged.size()][]);}public static void main(String[] args) {int[][] intervals = {{1, 3}, {2, 6}, {8, 10}, {15, 18}};int[][] mergedIntervals = merge(intervals);// 输出合并后的区间for (int[] interval : mergedIntervals) {System.out.println(Arrays.toString(interval));}}
}