最小替换子串长度

问题描述

小F得到了一个特殊的字符串，这个字符串只包含字符A、S、D、F，其长度总是4的倍数。他的任务是通过尽可能少的替换，使得A、S、D、F这四个字符在字符串中出现的频次相等。求出实现这一条件的最小子串长度。

测试样例

样例1：

输入：input = "ADDF"
输出：1

样例2：

输入：input = "ASAFASAFADDD"
输出：3

样例3：

输入：input = "SSDDFFFFAAAS"
输出：1

样例4：

输入：input = "AAAASSSSDDDDFFFF"
输出：0

样例5：

输入：input = "AAAADDDDAAAASSSS"
输出：4

思路与步骤

1. 计算目标频次：因为字符串长度是 4 的倍数，所以每个字符的目标频次是 targetCount = n / 4。

2. 初始化频次计数：遍历整个字符串，计算每个字符的实际出现频次。如果所有字符的频次都小于或等于 targetCount，说明无需替换字符，直接返回 0。

3. 使用滑动窗口找到最小子串：

   • 通过滑动窗口（使用双指针 left 和 right）找到包含多余字符的最小子串。
   • 将窗口右边界（right）向右扩展，并减少当前字符的计数。
   • 检查窗口内的字符频次是否满足条件，即每种字符的频次都小于或等于 targetCount。
   • 当满足条件时，记录窗口长度并尝试缩小窗口左边界（left），直到不再满足条件。

4. 返回结果：输出所有满足条件的窗口中最小的长度。

举例

假设输入字符串为 "ASAFASAFADDD"，目标是让每个字符 A、S、D、F 出现的频次为 3。

1. 初始化：计算各字符初始频次，得到 A: 4, S: 3, D: 3, F: 2。

2. 滑动窗口操作：

   • 从 left = 0，right = 0 开始，扩大右边界，计算字符频次。
   • 一旦窗口内的字符频次满足 targetCount，即 A: 3，S: 3，D: 3，F: 3，记录窗口长度并缩小左边界。

3. 窗口操作：

   • right = 0 -> 3："ASAF" 频次不满足。
   • right = 4 -> 5：窗口达到 3 后满足条件，记录长度。

import java.util.*;;
public class Main {
    public static int solution(String input) {
        int n = input.length();
        int targetCount = n / 4;  // 每个字符的目标频次

        // 计算初始频次
        Map<Character, Integer> countMap = new HashMap<>();
        for (char ch : input.toCharArray()) {
            countMap.put(ch, countMap.getOrDefault(ch, 0) + 1);
        }

        // 检查是否已经满足条件
        if (countMap.getOrDefault('A', 0) <= targetCount &&
            countMap.getOrDefault('S', 0) <= targetCount &&
            countMap.getOrDefault('D', 0) <= targetCount &&
            countMap.getOrDefault('F', 0) <= targetCount) {
            return 0;
        }

        int minLength = n;
        int left = 0;

        // 滑动窗口
        for (int right = 0; right < n; right++) {
            countMap.put(input.charAt(right), countMap.get(input.charAt(right)) - 1);

            // 窗口内字符满足条件时，尝试缩小窗口
            while (countMap.getOrDefault('A', 0) <= targetCount &&
                   countMap.getOrDefault('S', 0) <= targetCount &&
                   countMap.getOrDefault('D', 0) <= targetCount &&
                   countMap.getOrDefault('F', 0) <= targetCount) {
                minLength = Math.min(minLength, right - left + 1);
                countMap.put(input.charAt(left), countMap.get(input.charAt(left)) + 1);
                left++;
            }
        }

        return minLength;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //  You can add more test cases here
        System.out.println(solution("ADDF") == 1);
        System.out.println(solution("ASAFASAFADDD") == 3);
    }
}

代码详解

• 目标频次初始化：targetCount 表示每个字符的理想频次，为 n / 4。

• 初始频次计算：countMap 用于记录初始字符串中 A、S、D、F 的出现频次。

• 滑动窗口：

  • 遍历字符串，逐步扩大窗口的右边界。
  • 每次扩大右边界时，减少该字符的频次，以便保持当前窗口频次更新。
  • 当窗口内的字符频次满足 targetCount 时，更新最小窗口长度 minLength，并尝试缩小左边界。

• 时间复杂度：由于滑动窗口只需遍历字符串一次，因此时间复杂度为 O(n)。