剖析Java&C++中的字符串轮转问题：基于KMP算法的代码讲解及学习心得

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2023-12-28 19:01:15

算法导读：KMP算法与字符串轮转问题

在算法领域，字符串匹配问题是一个经典课题。KMP算法是解决字符串匹配问题的有力算法之一，以其高效性和广泛应用性备受青睐。在本文中，我们将利用KMP算法来解决LeetCode面试题01.09——字符串轮转问题。

LeetCode面试题01.09：字符串轮转

LeetCode面试题01.09的内容如下：

给定两个字符串s1和s2，s2是否是从s1旋转得到的呢？

比如，给定s1 = "abcdefg"，s2 = "fgabcde"，则返回true。

示例1：

输入：s1 = "waterbottle", s2 = "erbottlewat"
输出：true

示例2：

输入：s1 = "aa", s2 = "aba"
输出：false

提示：

s1和s2的长度在[1, 10^5]范围内。
s1和s2都只包含小写英文字母。

代码实现：Java、C++和Rust

为了帮助读者理解KMP算法的应用和LeetCode面试题01.09的解决方案，我们分别使用Java、C++和Rust三种语言编写代码，并对所用类和方法进行逐一解析。

Java实现：

class Solution {
    /**
     * 判断字符串s2是否是从s1旋转得到
     *
     * @param s1 字符串s1
     * @param s2 字符串s2
     * @return true：是；false：否
     */
    public boolean isRotated(String s1, String s2) {
        if (s1.length() != s2.length()) {
            return false;
        }

        String s1s1 = s1 + s1;
        return s1s1.contains(s2);
    }
}

类与方法解析：

Solution类： 定义了isRotated方法，用于判断字符串s2是否是从s1旋转得到。
isRotated方法： 首先判断两个字符串的长度是否相等，不相等则直接返回false。然后将s1连接两次，形成s1s1，并检查s1s1是否包含s2。如果包含，则返回true，否则返回false。

C++实现：

class Solution {
public:
    /**
     * 判断字符串s2是否是从s1旋转得到
     *
     * @param s1 字符串s1
     * @param s2 字符串s2
     * @return true：是；false：否
     */
    bool isRotated(string s1, string s2) {
        if (s1.length() != s2.length()) {
            return false;
        }

        string s1s1 = s1 + s1;
        return s1s1.find(s2) != string::npos;
    }
};

类与方法解析：

Solution类： 定义了isRotated方法，用于判断字符串s2是否是从s1旋转得到。
isRotated方法： 首先判断两个字符串的长度是否相等，不相等则直接返回false。然后将s1连接两次，形成s1s1，并检查s1s1是否包含s2。如果包含，则返回true，否则返回false。

Rust实现：

struct Solution;

impl Solution {
    /**
     * 判断字符串s2是否是从s1旋转得到
     *
     * @param s1 字符串s1
     * @param s2 字符串s2
     * @return true：是；false：否
     */
    pub fn is_rotated(s1: &str, s2: &str) -> bool {
        if s1.len() != s2.len() {
            return false;
        }

        let s1s1 = format!("{}{}", s1, s1);
        return s1s1.contains(s2);
    }
}

类与方法解析：

Solution结构体： 定义了is_rotated方法，用于判断字符串s2是否是从s1旋转得到。
is_rotated方法： 首先判断两个字符串的长度是否相等，不相等则直接返回false。然后将s1连接两次，形成s1s1，并检查s1s1是否包含s2。如果包含，则返回true，否则返回false。

编程技巧：字符串处理与算法优化

在代码实现的基础上，我们可以进一步探索编程技巧和算法优化方法，以提升代码的效率和可读性。

字符串处理：

字符串连接： 在Java和C++中，可以使用+运算符连接字符串。在Rust中，可以使用format!宏连接字符串。
字符串查找： 在Java和C++中，可以使用contains方法查找子字符串。在Rust中，可以使用contains方法查找子字符串。

算法优化：

减少不必要的判断： 在判断字符串s2是否是从s1旋转得到之前，可以先判断两个字符串的长度是否相等。如果不相等，则直接返回false，避免不必要的计算。
使用KMP算法： KMP算法是一种高效的字符串匹配算法，可以在O(n)的时间复杂度内完成匹配。如果需要更快的匹配速度，可以考虑使用KMP算法。

拓展应用：Rust语言中的字符串轮转

Rust语言提供了强大的字符串处理能力，我们可以利用这些特性来实现字符串轮转。下面是一个Rust语言实现的字符串轮转代码示例：

struct Solution;

impl Solution {
    /**
     * 字符串轮转
     *
     * @param s 字符串s
     * @return 轮转后的字符串
     */
    pub fn rotate(s: &str) -> String {
        let mut chars = s.chars();
        let first = chars.next().unwrap();
        chars.chain(std::iter::once(first)).collect()
    }
}

这个代码示例使用chars()方法将字符串转换为字符迭代器，然后使用next()方法获取第一个字符，并将其作为轮转后的字符串的最后一个字符。最后，使用chain()方法将第一个字符与剩下的字符连接起来，形成轮转后的字符串。

总结与收获

通过对LeetCode面试题01.09的分析和解决方案的讲解，我们深入理解了字符串轮转问题的解决思路，掌握了KMP算法的基本原理和应用。同时，我们还探索了Java、C++和Rust三种语言中的字符串处理技巧和算法优化方法。通过本文的学习，读者可以提升自己的算法思维和编程能力，为解决更复杂的编程问题奠定坚实的基础。