剑指Offer 58：左旋转字符串

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2023-10-09 02:27:21

揭秘「左旋转字符串」的奇妙技巧

引言

在剑指 Offer 的编程练习中，字符串操作问题层出不穷，「左旋转字符串」就是其中颇具挑战性的一道。这道题看似简单，却蕴含着巧妙的技巧，需要我们深入理解字符串的本质。

任务目标

给定一个字符串 s 和一个正整数 n，我们的目标是将 s 向左旋转 n 个位置。

例如：

输入：s = "abcdefg", n = 2
输出："cdefgab"

要求：

s 由英文字母组成，长度在 1 到 10000 之间。
n 是一个正整数，范围为 1 到 10000。

解决思路：巧用字符串拼接和切片

由于 Java 中字符串是不可变类型，因此无法直接修改原字符串。为了解决这个问题，我们可以借助字符串拼接和切片操作。

复制字符串： 将字符串 s 复制两次，得到新的字符串 t = s + s。
截取子字符串： 从索引 n 开始，截取字符串 t 的子字符串，得到 sub = t.substring(n)。
拼接字符串： 从索引 0 到 n-1，截取字符串 t 的子字符串，得到 pref = t.substring(0, n)。
返回结果： 将 sub 和 pref 拼接起来，得到旋转后的字符串：sub + pref。

代码实现

public String leftRotateString(String s, int n) {
    if (s == null || s.length() == 0) {
        return "";
    }

    int len = s.length();
    n %= len; // 避免 n 过大

    String t = s + s;
    String sub = t.substring(n);
    String pref = t.substring(0, n);

    return sub + pref;
}

优化技巧：字符数组翻转

为了进一步优化代码性能，我们可以利用 Java 字符数组的特性。

优化后的代码

public String leftRotateString(String s, int n) {
    if (s == null || s.length() == 0) {
        return "";
    }

    int len = s.length();
    n %= len; // 避免 n 过大

    char[] chars = s.toCharArray();
    reverse(chars, 0, len - 1);
    reverse(chars, 0, n - 1);
    reverse(chars, n, len - 1);

    return new String(chars);
}

private void reverse(char[] chars, int start, int end) {
    while (start < end) {
        char temp = chars[start];
        chars[start] = chars[end];
        chars[end] = temp;
        start++;
        end--;
    }
}

优点： 直接操作字符数组，避免了字符串拼接的额外内存开销，大大提升了代码效率。

常见问题解答**

如何处理 n 大于字符串长度的情况？
- 代码中使用了取余运算 n %= len，避免 n 过大。这意味着当 n 大于字符串长度时，只旋转字符串的部分长度。
为什么需要复制字符串两次？
- 复制字符串是为了避免修改原字符串。因为 Java 中字符串是不可变类型，我们只能通过拼接和切片操作来得到新的字符串。
字符数组翻转是如何工作的？
- 字符数组翻转通过交换数组中元素的位置来实现。reverse 方法将数组划分为三个部分，并依次翻转它们。
为什么字符数组翻转更有效率？
- 字符数组翻转避免了字符串拼接操作，减少了内存开销和时间复杂度。
如何确定旋转的次数？
- 取余运算 n %= len 确保 n 不会超过字符串长度，从而避免重复旋转。