Java中使用滑动窗口算法在字符串中查找所有字母异位词

后端

2023-09-01 18:55:34

引言

在计算机科学中，查找字符串中所有字母异位词是一个常见的编程任务。字母异位词是指由相同字符组成，但顺序可能不同的字符串。例如，“hello”和“olleh”是字母异位词。

在本文中，我们将探讨使用滑动窗口算法在Java中解决此问题的有效方法。滑动窗口算法是一种用于处理连续数据子集的常用技术，对于此问题非常合适。

问题定义

给定一个源字符串s和一个目标字符串p，我们的目标是找到s中所有长度为p且与p是字母异位词的子字符串。

滑动窗口算法

滑动窗口算法通过使用大小固定的窗口在数据流上滑动来工作。在这个问题中，我们的窗口大小将为p的长度。

算法的过程如下：

初始化一个窗口，范围为s的前p个字符。
检查窗口中的字符是否与p是字母异位词。
如果是，则将此窗口的起始索引添加到结果列表中。
将窗口向右移动一个字符，并检查新窗口是否也是字母异位词。
重复步骤2-4，直到窗口遍历整个s。

优化

为了优化算法，我们可以使用以下技术：

哈希表： 使用哈希表存储p中每个字符的频率。这样，我们可以快速检查窗口中字符的频率是否匹配p。
双指针： 使用两个指针标记窗口的起点和终点。通过移动这些指针，我们可以轻松更新窗口而不遍历整个窗口。

Java实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;

public class FindAnagrams {

    public static List<Integer> findAnagrams(String s, String p) {
        List<Integer> result = new ArrayList<>();

        // 创建哈希表存储p中每个字符的频率
        HashMap<Character, Integer> freqP = new HashMap<>();
        for (char c : p.toCharArray()) {
            freqP.put(c, freqP.getOrDefault(c, 0) + 1);
        }

        // 初始化滑动窗口
        HashMap<Character, Integer> freqWindow = new HashMap<>();
        int left = 0;
        int right = 0;

        while (right < s.length()) {
            char c = s.charAt(right);
            freqWindow.put(c, freqWindow.getOrDefault(c, 0) + 1);

            // 检查窗口是否与p是字母异位词
            while (freqP.equals(freqWindow)) {
                result.add(left);
                // 从窗口中移除左边的字符
                char cLeft = s.charAt(left);
                freqWindow.put(cLeft, freqWindow.get(cLeft) - 1);
                left++;
            }

            right++;
        }

        return result;
    }
}