LeetCode第六题：Z 字形变换【6/1000 python】

news2024/11/20 13:38:00

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备注说明：方便大家阅读，统一使用python，带必要注释，公众号数据分析螺丝钉一起打怪升级

在力扣（LeetCode）的题库中，"Z 字形变换"是一个独特的字符串处理问题，它考验着对字符串操作的精确控制和对问题模型的理解。本文将深入探讨这个问题，并提供一个高效的解决方案。

问题描述

给定一个字符串和一个行数，要求你按照从上往下、从左到右的顺序，进行 Z 字形排列。

比如输入字符串为 "PAYPALISHIRING"，行数为 3 时，排列如下：

P   A   H   N
A P L S I I G
Y   I   R

之后，你的输出需要按行读取，输出一个新的字符串，即 "PAHNAPLSIIGYIR"。

解题思路

观察 Z 字形排列，我们可以发现，除了第一行和最后一行外，其他每一行中间都会夹杂一个来自斜线上的字符。每一“轮”Z字形的字符数是固定的，为 2 * numRows - 2（除去首尾两行后，上下两部分各占据 numRows - 1，加上首尾两行即得公式）。

基于这个观察，我们可以通过计算每个字符在 Z 字形排列中的位置，从而构建出最终的字符串。

解题步骤

创建一个数组，长度等于给定的行数，用于存储每行的字符。
遍历给定字符串的每个字符，计算出该字符应该放置在哪一行。
按照从上到下、从左到右的顺序，将字符添加到对应行的字符串中。
最后，将这些行连接起来，形成最终的字符串。

代码示例

初步尝试：直接模拟

最初可能会尝试直接按照 Z 字形排列的逻辑去模拟整个过程，例如，尝试为每一行和斜线创建单独的存储空间，然后尝试填充它们。

def convert_v1(s: str, numRows: int) -> str:
    # 特殊情况处理
    if numRows == 1 or numRows >= len(s):
        return s

    # 初始化存储结构
    z_matrix = [[] for _ in range(numRows)]
    row, down = 0, True

    for c in s:
        z_matrix[row].append(c)
        if row == numRows - 1:
            down = False
        elif row == 0:
            down = True
        row += 1 if down else -1

    # 结果拼接
    result = ''
    for r in z_matrix:
        result += ''.join(r)
    return result

问题：这个方法试图通过控制方向变量 down 来模拟“Z”字形的折返运动，但实际上它忽略了在 numRows 为 1 或者输入字符串很短时的特殊情况，容易造成索引错误或者不必要的复杂度。

改进：合并斜线到行

认识到斜线上的字符其实可以直接并入对应的行中，不需要单独处理斜线部分，这样可以简化代码和逻辑。

def convert_v2(s: str, numRows: int) -> str:
    if numRows == 1 or numRows >= len(s):
        return s
    
    rows = [''] * numRows
    current_row, step = 0, -1
    
    for char in s:
        rows[current_row] += char
        if current_row == 0 or current_row == numRows - 1:
            step = -step
        current_row += step
        
    return ''.join(rows)

这个版本已经比较接近最终的解法了，但仍然可以在细节上进行优化和规范，例如增加注释来提高代码的可读性。

最终版本：增加注释和细节优化

在最终版本中，我们添加了必要的注释，并确保代码清晰、简洁、易于理解。

def convert(s: str, numRows: int) -> str:
    # 处理特殊情况，提高效率
    if numRows == 1 or numRows >= len(s):
        return s
    
    # 初始化存储每行字符串的列表
    rows = [''] * numRows
    # 初始化当前行和行进方向
    current_row, step = 0, -1
    
    for char in s:
        rows[current_row] += char
        # 到达Z字形的顶部或底部时，改变方向
        if current_row == 0 or current_row == numRows - 1:
            step = -step
        current_row += step
        
    # 将所有行的字符串连接并返回
    return ''.join(rows)

# 示例测试代码
s = "PAYPALISHIRING"
numRows = 3
print(convert(s, numRows))  # 输出: "PAHNAPLSIIGYIR"

代码解释