本文首发于我的个人博客：尾尾部落

1. KMP 算法

谈到字符串问题，不得不提的就是 KMP 算法，它是用来解决字符串查找的问题，可以在一个字符串（S）中查找一个子串（W）出现的位置。KMP 算法把字符匹配的时间复杂度缩小到 O(m+n) ,而空间复杂度也只有O(m)。因为“暴力搜索”的方法会反复回溯主串，导致效率低下，而KMP算法可以利用已经部分匹配这个有效信息，保持主串上的指针不回溯，通过修改子串的指针，让模式串尽量地移动到有效的位置。

具体算法细节请参考：

1.1 BM 算法

BM算法也是一种精确字符串匹配算法，它采用从右向左比较的方法，同时应用到了两种启发式规则，即坏字符规则和好后缀规则，来决定向右跳跃的距离。基本思路就是从右往左进行字符匹配，遇到不匹配的字符后从坏字符表和好后缀表找一个最大的右移值，将模式串右移继续匹配。字符串匹配的KMP算法

2. 替换空格

剑指offer：替换空格请实现一个函数，将一个字符串中的每个空格替换成“%20”。例如，当字符串为We Are Happy.则经过替换之后的字符串为We%20Are%20Happy。

public class Solution {
    public String replaceSpace(StringBuffer str) {
        StringBuffer res = new StringBuffer();
        int len = str.length() - 1;
        for(int i = len; i >= 0; i--){
            if(str.charAt(i) == ' ')
                res.append("02%");
            else
                res.append(str.charAt(i));
        }
        return res.reverse().toString();
    }
}

3. 最长公共前缀

Leetcode: 最长公共前缀编写一个函数来查找字符串数组中的最长公共前缀。如果不存在公共前缀，返回空字符串 ""。

首先对字符串数组进行排序，然后拿数组中的第一个和最后一个字符串进行比较，从第 0 位开始，如果相同，把它加入 res 中，不同则退出。最后返回 res

class Solution {
    public String longestCommonPrefix(String[] strs) {
        if(strs == null || strs.length == 0)
            return "";
        Arrays.sort(strs);
        char [] first = strs[0].toCharArray();
        char [] last = strs[strs.length - 1].toCharArray();
        StringBuffer res = new StringBuffer();
        int len = first.length < last.length ? first.length : last.length;
        int i = 0;
        while(i < len){
            if(first[i] == last[i]){
                res.append(first[i]);
                i++;
            }
            else
                break;
        }
        return res.toString();
    }
}

4. 最长回文串

LeetCode: 最长回文串给定一个包含大写字母和小写字母的字符串，找到通过这些字母构造成的最长的回文串。在构造过程中，请注意区分大小写。比如 "Aa" 不能当做一个回文字符串。

统计字母出现的次数即可，双数才能构成回文。因为允许中间一个数单独出现，比如“abcba”，所以如果最后有字母落单，总长度可以加 1。

class Solution {
    public int longestPalindrome(String s) {
        HashSet<Character> hs = new HashSet<>();
        int len = s.length();
        int count = 0;
        if(len == 0)
            return 0;
        for(int i = 0; i<len; i++){
            if(hs.contains(s.charAt(i))){
                hs.remove(s.charAt(i));
                count++;
            }else{
                hs.add(s.charAt(i));
            }
        }
        return hs.isEmpty() ? count * 2 : count * 2 + 1;
    }
}

4.1 验证回文串

Leetcode: 验证回文串给定一个字符串，验证它是否是回文串，只考虑字母和数字字符，可以忽略字母的大小写。说明：本题中，我们将空字符串定义为有效的回文串。

两个指针比较头尾。要注意只考虑字母和数字字符，可以忽略字母的大小写。

class Solution {
    public boolean isPalindrome(String s) {
        if(s.length() == 0)
             return true;
        int l = 0, r = s.length() - 1;
        while(l < r){
            if(!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(l))){
                l++;
            }else if(!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(r))){
                r--;
            }else{
                if(Character.toLowerCase(s.charAt(l)) != Character.toLowerCase(s.charAt(r)))
                    return false;
                l++;
                r--;
            } 
        }
        return true;
    }
}

4.2 最长回文子串

LeetCode: 最长回文子串给定一个字符串 s，找到 s 中最长的回文子串。你可以假设 s 的最大长度为1000。

以某个元素为中心，分别计算偶数长度的回文最大长度和奇数长度的回文最大长度。

class Solution {
    private int index, len;
    public String longestPalindrome(String s) {
        if(s.length() < 2)
            return s;
        for(int i = 0; i < s.length()-1; i++){
            PalindromeHelper(s, i, i);
            PalindromeHelper(s, i, i+1);
        }
        return s.substring(index, index+len);
    }
    public void PalindromeHelper(String s, int l, int r){
        while(l >= 0 && r < s.length() && s.charAt(l) == s.charAt(r)){
            l--;
            r++;
        }
        if(len < r - l - 1){
            index = l + 1;
            len = r - l - 1;
        }
    }
}

4.3 最长回文子序列

LeetCode: 最长回文子序列给定一个字符串s，找到其中最长的回文子序列。可以假设s的最大长度为1000。最长回文子序列和上一题最长回文子串的区别是，子串是字符串中连续的一个序列，而子序列是字符串中保持相对位置的字符序列，例如，"bbbb"可以使字符串"bbbab"的子序列但不是子串。

动态规划： dp[i][j] = dp[i+1][j-1] + 2 if s.charAt(i) == s.charAt(j) otherwise, dp[i][j] = Math.max(dp[i+1][j], dp[i][j-1])

class Solution {
    public int longestPalindromeSubseq(String s) {
        int len = s.length();
        int [][] dp = new int[len][len];
        for(int i = len - 1; i>=0; i--){
            dp[i][i] = 1;
            for(int j = i+1; j < len; j++){
                if(s.charAt(i) == s.charAt(j))
                    dp[i][j] = dp[i+1][j-1] + 2;
                else
                    dp[i][j] = Math.max(dp[i+1][j], dp[i][j-1]);
            }
        }
        return dp[0][len-1];
    }
}

5. 字符串的排列

Leetcode: 字符串的排列给定两个字符串 s1 和 s2，写一个函数来判断 s2 是否包含 s1 的排列。换句话说，第一个字符串的排列之一是第二个字符串的子串。

我们不用真的去算出s1的全排列，只要统计字符出现的次数即可。可以使用一个哈希表配上双指针来做。

class Solution {
    public boolean checkInclusion(String s1, String s2) {
        int l1 = s1.length();
        int l2 = s2.length();
        int [] count = new int [128];
        if(l1 > l2)
            return false;
        for(int i = 0; i<l1; i++){
            count[s1.charAt(i) - 'a']++;
            count[s2.charAt(i) - 'a']--;
        }
        if(allZero(count))
            return true;
        for(int i = l1; i<l2; i++){
            count[s2.charAt(i) - 'a']--;
            count[s2.charAt(i-l1) - 'a']++;
            if(allZero(count))
                return true;
        }
        return false;
    }
    public boolean allZero(int [] count){
        int l = count.length;
        for(int i = 0; i < l; i++){
            if(count[i] != 0)
                return false;
        }
        return true;
    }
}

6. 打印字符串的全排列

剑指offer：字符串的排列输入一个字符串,按字典序打印出该字符串中字符的所有排列。例如输入字符串abc,则打印出由字符a,b,c所能排列出来的所有字符串abc,acb,bac,bca,cab和cba。

把问题拆解成简单的步骤：第一步求所有可能出现在第一个位置的字符（即把第一个字符和后面的所有字符交换[相同字符不交换]）；第二步固定第一个字符，求后面所有字符的排列。这时候又可以把后面的所有字符拆成两部分（第一个字符以及剩下的所有字符），依此类推。这样，我们就可以用递归的方法来解决。

public class Solution {
    ArrayList<String> res = new ArrayList<String>();
    public ArrayList<String> Permutation(String str) {
        if(str == null)
            return res;
        PermutationHelper(str.toCharArray(), 0);
        Collections.sort(res);
        return res;
    }
    public void PermutationHelper(char[] str, int i){
        if(i == str.length - 1){
            res.add(String.valueOf(str));
        }else{
            for(int j = i; j < str.length; j++){
                if(j!=i && str[i] == str[j])
                    continue;
                swap(str, i, j);
                PermutationHelper(str, i+1);
                swap(str, i, j);
            }
        }
    }
    public void swap(char[] str, int i, int j) {
        char temp = str[i];
        str[i] = str[j];
        str[j] = temp;
    }
}

7. 第一个只出现一次的字符

剑指offer: 第一个只出现一次的字符在一个字符串(0<=字符串长度<=10000，全部由字母组成)中找到第一个只出现一次的字符,并返回它的位置, 如果没有则返回 -1.

先在hash表中统计各字母出现次数，第二次扫描直接访问hash表获得次数。也可以用数组代替hash表。

import java.util.HashMap;
public class Solution {
    public int FirstNotRepeatingChar(String str) {
        int len = str.length();
        if(len == 0)
            return -1;
        HashMap<Character, Integer> map = new HashMap<>();
        for(int i = 0; i < len; i++){
            if(map.containsKey(str.charAt(i))){
                int value = map.get(str.charAt(i));
                map.put(str.charAt(i), value+1);
            }else{
                map.put(str.charAt(i), 1);
            }
        }
        for(int i = 0; i < len; i++){
            if(map.get(str.charAt(i)) == 1)
                return i;
        }
        return -1;
    }
}

8. 翻转单词顺序列

剑指offer: 翻转单词顺序列 LeetCode: 翻转字符串里的单词

借助trim()和 split()就很容易搞定

public class Solution {
    public String reverseWords(String s) {
        if(s.trim().length() == 0)
            return s.trim();
        String [] temp = s.trim().split(" +");
        String res = "";
        for(int i = temp.length - 1; i > 0; i--){
            res += temp[i] + " ";
        }
        return res + temp[0];

    }
}

9. 旋转字符串

Leetcode: 旋转字符串给定两个字符串, A 和 B。 A 的旋转操作就是将 A 最左边的字符移动到最右边。例如, 若 A = 'abcde'，在移动一次之后结果就是'bcdea' 。如果在若干次旋转操作之后，A 能变成B，那么返回True。

一行代码搞定

class Solution {
    public boolean rotateString(String A, String B) {
        return A.length() == B.length() && (A+A).contains(B);
    }
}

9.1 左旋转字符串

剑指offer: 左旋转字符串汇编语言中有一种移位指令叫做循环左移（ROL），现在有个简单的任务，就是用字符串模拟这个指令的运算结果。对于一个给定的字符序列S，请你把其循环左移K位后的序列输出。例如，字符序列S=”abcXYZdef”,要求输出循环左移3位后的结果，即“XYZdefabc”。是不是很简单？OK，搞定它！

在第 n 个字符后面将切一刀，将字符串分为两部分，再重新并接起来即可。注意字符串长度为 0 的情况。

public class Solution {
    public String LeftRotateString(String str,int n) {
        int len = str.length();
        if(len == 0)
            return "";
        n = n % len;
        String s1 = str.substring(n, len);
        String s2 = str.substring(0, n);
        return s1+s2;
    }
}

9.2 反转字符串

LeetCode: 反转字符串编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来。

class Solution {
    public String reverseString(String s) {
        if(s.length() < 2)
            return s;
        int l = 0, r = s.length() - 1;
        char [] strs = s.toCharArray(); 
        while(l < r){
            char temp = strs[l];
            strs[l] = strs[r];
            strs[r] = temp;
            l++;
            r--;
        }
        return new String(strs);
    }
}

10. 把字符串转换成整数

剑指offer: 把字符串转换成整数将一个字符串转换成一个整数(实现Integer.valueOf(string)的功能，但是string不符合数字要求时返回0)，要求不能使用字符串转换整数的库函数。数值为0或者字符串不是一个合法的数值则返回0。

public class Solution {
    public int StrToInt(String str) {
        if(str.length() == 0)
            return 0;
        int flag = 0;
        if(str.charAt(0) == '+')
            flag = 1;
        else if(str.charAt(0) == '-')
            flag = 2;
        int start = flag > 0 ? 1 : 0;
        long res = 0;
        while(start < str.length()){
            if(str.charAt(start) > '9' || str.charAt(start) < '0')
                return 0;
            res = res * 10 + (str.charAt(start) - '0');
            start ++;
        }
        return flag == 2 ? -(int)res : (int)res;
    }
}

11. 正则表达式匹配

剑指offer：正则表达式匹配请实现一个函数用来匹配包括’.’和’*’的正则表达式。模式中的字符’.’表示任意一个字符，而’*’表示它前面的字符可以出现任意次（包含0次）。在本题中，匹配是指字符串的所有字符匹配整个模式。例如，字符串”aaa”与模式”a.a”和”ab*ac*a”匹配，但是与”aa.a”和”ab*a”均不匹配

动态规划：这里我们采用dp[i+1][j+1]代表s[0..i]匹配p[0..j]的结果，结果自然是采用布尔值True/False来表示。首先，对边界进行赋值，显然dp[0][0] = true，两个空字符串的匹配结果自然为True; 接着，我们对dp[0][j+1]进行赋值，因为 i=0 是空串，如果一个空串和一个匹配串想要匹配成功，那么只有可能是p.charAt(j) == '*' && dp[0][j-1] 之后，就可以愉快地使用动态规划递推方程了。

public boolean isMatch(String s, String p) {
    if (s == null || p == null) {
        return false;
    }
    boolean[][] dp = new boolean[s.length()+1][p.length()+1];
    dp[0][0] = true;
    for (int j = 0; i < p.length(); j++) {
        if (p.charAt(j) == '*' && dp[0][j-1]) {
            dp[0][j+1] = true;
        }
    }
    for (int i = 0 ; i < s.length(); i++) {
        for (int j = 0; j < p.length(); j++) {
            if (p.charAt(j) == '.') {
                dp[i+1][j+1] = dp[i][j];
            }
            if (p.charAt(j) == s.charAt(i)) {
                dp[i+1][j+1] = dp[i][j];
            }
            if (p.charAt(j) == '*') {
                if (p.charAt(j-1) != s.charAt(i) && p.charAt(j-1) != '.') {
                    dp[i+1][j+1] = dp[i+1][j-1];
                } else {
                    dp[i+1][j+1] = (dp[i+1][j] || dp[i][j+1] || dp[i+1][j-1]);
                }
            }
        }
    }
    return dp[s.length()][p.length()];
}

12. 表示数值的字符串

剑指offer: 表示数值的字符串请实现一个函数用来判断字符串是否表示数值（包括整数和小数）。例如，字符串”+100″,”5e2″,”-123″,”3.1416″和”-1E-16″都表示数值。但是”12e”,”1a3.14″,”1.2.3″,”+-5″和”12e+4.3″都不是。

设置三个标志符分别记录“+/-”、“e/E”和“.”是否出现过。

public class Solution {
    public boolean isNumeric(char[] str) {
        int len = str.length;
        boolean sign = false, decimal = false, hasE = false;
        for(int i = 0; i < len; i++){
            if(str[i] == '+' || str[i] == '-'){
                if(!sign && i > 0 && str[i-1] != 'e' && str[i-1] != 'E')
                    return false;
                if(sign && str[i-1] != 'e' && str[i-1] != 'E')
                    return false;
                sign = true;
            }else if(str[i] == 'e' || str[i] == 'E'){
                if(i == len - 1)
                    return false;
                if(hasE)
                    return false;
                hasE = true;
            }else if(str[i] == '.'){
                if(hasE || decimal)
                    return false;
                decimal = true;
            }else if(str[i] < '0' || str[i] > '9')
                return false;
        }
        return true;
    }
}

13. 字符流中第一个不重复的字符

剑指offer: 字符流中第一个不重复的字符请实现一个函数用来找出字符流中第一个只出现一次的字符。例如，当从字符流中只读出前两个字符”go”时，第一个只出现一次的字符是”g”。当从该字符流中读出前六个字符“google”时，第一个只出现一次的字符是”l”。

用一个哈希表来存储每个字符及其出现的次数，另外用一个字符串 s 来保存字符流中字符的顺序。

import java.util.HashMap;
public class Solution {
    HashMap<Character, Integer> map = new HashMap<Character, Integer>();
    StringBuffer s = new StringBuffer();
    //Insert one char from stringstream
    public void Insert(char ch)
    {
        s.append(ch);
        if(map.containsKey(ch)){
            map.put(ch, map.get(ch)+1);
        }else{
            map.put(ch, 1);
        }
    }
  //return the first appearence once char in current stringstream
    public char FirstAppearingOnce()
    {
        for(int i = 0; i < s.length(); i++){
            if(map.get(s.charAt(i)) == 1)
                return s.charAt(i);
        }
        return '#';
    }
}