LeetCode 344. 反转字符串
题目
题目链接：https://leetcode.cn/problems/reverse-string/
编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。输入字符串以字符数组 s 的形式给出。
//输入一个字符串，输出它的倒序字符串
input: Hello
output: olleH
题解
反转字符串，确实没什么难度，但是我无意间搜索了一下，才发现这么一个看似简单的反转算法实现起来真可谓花样繁多。这里我们尽可能分别总结介绍一下。
1. 使用字符数组倒序输出
最常规的解法，也是最容易想到的一种方法就是使用字符数组倒序输出。
具体思路是：倒序遍历字符串字符循环给char数组赋值
public static String strReverseWithArray(String string) {
if (string == null || string.length() == 0) return string;
char[] array = new char[string.length()];
for (int i = 0; i < string.length(); i++) {
array[i] = string.charAt(string.length() - i - 1);
}
return new String(array);
}
优化：
分析上面这种解法，循环遍历时，我们其实不需要循环这么多次。每次循环的时候，我们应该直接给前、后位置（第一个和最后一个，第二个和倒数第二个）交换。也就是说我们不必对这个字符数组进行完全遍历，通常情况下我们会只遍历一半同时交换中轴前后两个元素就可以了。
public static String strReverseWithArray(String string) {
if (string == null || string.length() == 0) return string;
char[] array = string.toCharArray();
//注意这里中间的位置计算
for (int i = 0; i < Math.ceil(string.length() / 2.0f); i++) {
int j = string.length() - i - 1;
if (i != j) { //交换元素
char temp = array[i];
array[i] = array[j];
array[j] = temp;
}
}
return new String(array);
}
2. 使用StringBuilder
StringBuilder可以帮助我们创建字符串，所以也可以使用StringBuilder替代字符数组存储，具体思路是:
逆序遍历字符串中的字符，并将它依次添加到StringBuilder中
public static String strReverseWithStringBuilder(String string) {
if (string == null || string.length() == 0) return string;
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = string.length() - 1; i >= 0; i--) {
sb.append(string.charAt(i));
}
return sb.toString();
}
以上这几种方法按算法角度来说，其实可以归结为一类。然而下面的几种算法就完全不是同一类型的了。
比如使用栈、使用异或运算。
3. 使用StringBuilder.reverse()方法
new StringBuilder(hi).reverse().toString()
StringBuilder中提供了reverse()方法来实现字符串反转，我们可以直接调用
public static String strReverseWithRecursive(String string) {
if (string == null || string.length() == 0) return string;
return new StringBuilder(string).reverse().toString();
}
Or, for versions earlier than JDK 1.5, use
java.util.StringBufferinstead ofStringBuilder— they have the same API. Thanks commentators for pointing out that StringBuilder is preferred nowadays.
对于JDK 1.5之前的版本可以使用StringBuffer替代StringBuilder，这两个的API都一样。
4. 使用栈
我们都知道，栈有“后进先出(LIFO)”的特点。这一特点刚好用于反转字符串。具体思路是:
- 将字符串转换为char数组
- 将char数组中的字符依次压入栈中
- 将栈中的字符依次弹出赋值给char数组
public static String strReverseWithStack(String string) {
if (string == null || string.length() == 0) return string;
char[] array = string.toCharArray();
Stack<Character> stack = new Stack<Character>();
for (Character c : array) {
stack.push(c); //压栈
}
for (int i = 0; i < string.length(); i++) {
array[i] = stack.pop();
}
return new String(array); //出栈
}
两次循环和栈的开销无疑使这种方法成为目前为止开销最大的方法。但使用栈这个数据结构的想法还是非常有价值的。
5. 使用异或运算
计算机的数据流本质上都是0，1二进制数据。字符串也是一样。而二进制数据的处理往往是通过位运算来实现的。位操作有：与，或，非，异或 。
对位运算有过了解的应该知道，使用异或操作 能实现交换两个变量的值而不引入第三个变量。
实现原理:
- 首先介绍异或操作
异或操作: 当两两数值相同为否，而数值不同为真。写作A^B
A B A^B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
0 1 0
- 使用异或操作交换数值
两个数异或的结果再与其中一个数异或的结果是另外一个数
这涉及到了离散数学中的异或的性质:
1.交换律:A^B=B^A
2.结合律: A^(B^C)=(A^B)^C
3.恒等律:X^0=0
4.归零律:X^X=0
5.自反：A^B^B = A^0=A
根据以上性质:
A=A^B
B=A^B
A=A^B
通过以上三步，能实现在程序中交换两个变量的数值的目标。
- 使用异或操作交换字符值
before:"Hello"
after: "olleH"
index: 0 1 2 3 4
char : H e l l o
ASCII: 72 101 108 108 111
以第0个字符和第4个字符交换为例:
交换前:
array[0]=1001000
array[4]=1101111
交换:
array[0]=array[0]^array[4]=0100111
array[4]=array[4]^array[0]=1001000
array[0]=array[0]^array[4]=1101111
交换后:
array[0]=1101111--->111-->o
array[4]=1001000--->72--->H
使用这种交换方法，每次循环的时候，我们直接给中轴前、后位置元素（第一个和最后一个，第二个和倒数第二个）交换。这样我们也只遍历一半就可以了。
public static String strReverseWithArray(String string) {
if (string == null || string.length() == 0) return string;
char[] array = string.toCharArray();
for (int i = 0, j = string.length() - 1; i < j; i++, j--) {
//异或运算交换元素
array[i] ^= array[j];
array[j] ^= array[i];
array[i] ^= array[j];
}
return new String(array);
}
6. 使用递归
当我们反转字符串的时候，脑海里想的就是从首尾两端依次交换直到到达中间位置。当我们在反转某个字符时，剩下的字符串也是一个反转字符串的过程。这样，我们就能用递归的方法来实现反转字符串的目的。
具体思路是:
- 找出递归结束的临界条件
- 对针对于临界条件的不同的值做出不同的处理
编码实现：
public static String reverse(String string) {
if (string == null || string.length() <= 1) return string;
//当前str的反转 = 将第一个元素之后的subString反转 + 第一个元素
return reverse(string.substring(1)) + string.charAt(0);
}
引申问题
反转一个字符串有这么多方法，那么如何把一个字符串反转，而单词不翻转呢？
题目：写一个函数，将字符串反转，反转方式如下：
//输入一个字符串，输出它的倒序字符串，单词不翻转
input: "I am a student"
output: "student a am I"
解决
我们可以仿照上面的字符串完全反转方法。
比如使用栈，可以把单词入栈，而不是字符，然后出栈，就是想要的效果了。或者也使用StringBuilder倒序存储，如下：
public static String reverse(String word) {
String[] arr = word.split("\\W+");
StringBuffer sb = new StringBuffer();
int len = arr.length;
for (int i = len - 1; i >= 0; i--) {
sb.append(arr[i]).append(" ");
}
return sb.toString();
}
还有一种思路是：先把整个字符串完全反转，再将字符串分割为单词，每个单词再单独反转回来。这种办法也没什么问题，大家可以参考一下。
