最小替换字符串 | 豆包MarsCode AI刷题

题目解析

题目

通过最少替换字符，使得字符串中四种字符（A、S、D、F）的出现频次相等，求最小需要替换的子串长度。

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

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思路解析

1. 问题拆解：

   • 如果字符数量完全均匀，则无需替换，直接返回 0；否则，需要通过调整子串来让字符频次均匀。
   • 对于一个长度为 $n$ 的字符串，理想状态下每个字符应出现 $n/4$ 次。

2. 滑动窗口法：

   • 计算每个字符的实际出现次数，找出需要调整的字符及其超出的数量。
   • 使用滑动窗口尝试覆盖这些超出部分，滑动窗口中的字符正好可以替换成缺失的字符。
   • 窗口滑动的过程中动态维护最小覆盖长度。

3. 实现步骤：

   • 统计字符频次。
   • 判断是否需要调整，若四个字符均不超标，直接返回 0。
   • 初始化滑动窗口，尝试找到满足条件的最小子串。

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图解

1. 统计字符频次：

   A: 5, S: 4, D: 6, F: 3 (总长度=18)
   理想频次=18/4=4
   超出部分: A=1, D=2, F=-1 (F未超出)
   

2. 滑动窗口覆盖超出部分：

   • 起始窗口范围 [0, 0]，窗口内字符计数。
   • 窗口扩展至 [0, 5]，尝试覆盖超出的频次。
   • 动态更新最小窗口长度。

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代码详解

from collections import Counter

def min_window_to_balance(input_string):
    n = len(input_string)
    ideal_count = n // 4
    
    # 统计字符频次
    freq = Counter(input_string)
    
    # 记录需要减少的字符及其数量
    excess = {char: max(0, freq[char] - ideal_count) for char in 'ASDF'}
    if sum(excess.values()) == 0:
        return 0

    # 滑动窗口寻找最小覆盖子串
    left = 0
    min_length = n
    
    for right in range(n):
        excess[input_string[right]] -= 1
        
        # 如果窗口当前已满足条件，尝试收缩
        while all(excess[char] <= 0 for char in 'ASDF'):
            min_length = min(min_length, right - left + 1)
            excess[input_string[left]] += 1
            left += 1

    return min_length

# 测试用例
print(min_window_to_balance("ADDF"))         # 输出：1
print(min_window_to_balance("ASAFASAFADDD")) # 输出：3
print(min_window_to_balance("SSDDFFFFAAAS")) # 输出：1
print(min_window_to_balance("AAAASSSSDDDDFFFF")) # 输出：0
print(min_window_to_balance("AAAADDDDAAAASSSS")) # 输出：4

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知识总结

新知识点

1. 滑动窗口法

   • 滑动窗口是一种高效解决子数组问题的技巧，可以动态调整窗口范围，减少不必要的计算。

2. Counter类的应用

   • collections.Counter 是统计字符频次的高效工具，能够快速初始化、更新和查询。

3. 动态维护条件

   • 利用字典记录字符频次，动态判断是否满足条件，提高了算法效率。

学习建议

• 滑动窗口对于解决涉及子串或子数组的问题非常重要，建议入门者多练习类似问题。
• 学会结合实际问题选择适当的数据结构（如字典、队列），以提升代码可读性和效率。

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学习计划

1. 制定刷题计划

   • 每周选择一类问题（如滑动窗口、动态规划、二分查找等），每天练习 3 道相关题目。
   • 对错题归类，分析错误原因并整理成错题本。

2. 利用错题进行针对性学习

   • 将错题分为概念性错误和细节性错误。
   • 概念性错误：补充相关知识点，重新学习。
   • 细节性错误：注重代码实现和调试能力。

3. 结合复习和实践

   • 定期复习错题本，回顾解题思路。
   • 利用MarsCode AI的题目推荐功能，针对弱项进行专项突破。

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工具运用

1. MarsCode AI 刷题功能

   • 使用题目分类功能精准定位需要练习的题型。
   • 利用代码分析功能，检查代码风格并优化性能。

2. 结合其他学习资源

   • 将MarsCode AI的练习题与LeetCode、牛客等平台题目对照练习。
   • 使用Markdown记录学习心得，便于回顾和分享。

3. 社区交流

   • 在论坛或社区中分享自己的刷题经验，获取他人建议，提升解决问题的多样性。