剑指Offer面试题：30.第一个只出现一次的字符

一、题目：第一个只出现一次的字符

题目：在字符串中找出第一个只出现一次的字符。如输入"abaccdeff"，则输出'b'。要求时间复杂度为O(n)。

　　最直观的想法是从头开始扫描这个字符串中的每个字符。当访问到某字符时拿这个字符和后面的每个字符相比较，如果在后面没有发现重复的字符，则该字符就是只出现一次的字符。如果字符串有n个字符，每个字符可能与后面的O(n)个字符相比较，因此这种思路的时间复杂度是O(n²)，但是不满足要求。

二、解题思路：以空间换时间

　　为了解决这个问题，我们可以定义一个哈希表（外部空间），其键值（Key）是字符，而值（Value）是该字符出现的次数。

　　同时我们还需要从头开始扫描字符串两次：

　　（1）第一次扫描字符串时，每扫描到一个字符就在哈希表的对应项中把次数加1。（时间效率O(n)）

　　（2）第二次扫描时，每扫描到一个字符就能从哈希表中得到该字符出现的次数。这样第一个只出现一次的字符就是符合要求的输出。（时间效率O(n)）

　　这样算起来，总的时间复杂度仍然是O(n)，满足了题目要求，擦一擦汗，感叹：这*装得真有点技术！

　　装完了B，开始将这个想法实现为代码：

    public static char FirstNotRepeatingChar(string str)
    {
        if(string.IsNullOrEmpty(str))
        {
            return '\0';
        }

        char[] array = str.ToCharArray();
        const int size = 256;
        // 借助数组来模拟哈希表，只用1K的空间消耗
        uint[] hastTable = new uint[size];
        // 初始化数组
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            hastTable[i] = 0;
        }

        for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            hastTable[array[i]]++;
        }

        for (int i = 0; i < array.Length; i++)
        {
            if (hastTable[array[i]] == 1)
            {
                return array[i];
            }
        }

        return '\0';
    }

PS：字符（char）是一个长度为8的数据类型，因此总共有256种可能。（在C#中char则是长度为16位也就是2个字节）这里我们只列举char是1个字节的情况，我们创建一个长度为256的数组来模拟哈希表，每个字母根据其ASCII码值作为数组的下标对应数组的一个数字，而数组中存储的是每个字符出现的次数。计算下来，它的大小是256*4字节（1个int类型在Windows下占4个字节）=1K。由于这个数组的大小是个常数，因此可以认为这种算法的空间复杂度是O(1)。　

三、单元测试

3.1 测试用例

    // 常规输入测试，存在只出现一次的字符
    [TestMethod]
    public void FirstCharTest1()
    {
        char actual = CharHelper.FirstNotRepeatingChar("google");
        Assert.AreEqual(actual, 'l');
    }

    // 常规输入测试，不存在只出现一次的字符
    [TestMethod]
    public void FirstCharTest2()
    {
        char actual = CharHelper.FirstNotRepeatingChar("aabccdbd");
        Assert.AreEqual(actual, '\0');
    }

    // 常规输入测试，所有字符都只出现一次
    [TestMethod]
    public void FirstCharTest3()
    {
        char actual = CharHelper.FirstNotRepeatingChar("abcdefg");
        Assert.AreEqual(actual, 'a');
    }

    // 鲁棒性测试，输入NULL
    [TestMethod]
    public void FirstCharTest4()
    {
        char actual = CharHelper.FirstNotRepeatingChar(null);
        Assert.AreEqual(actual, '\0');
    }