该代码的算法思想可以分为以下几个步骤:
1. 使用栈来处理嵌套结构:
- 我们需要处理像
k[encoded_string]
这种格式,其中的encoded_string
可能是嵌套的,即像3[a2[c]]
这样的输入。因此,我们可以借助 栈(Stack
)来记录每一层的状态,处理嵌套的情况。
2. 两个栈来分别保存重复次数和当前字符串:
countStack
: 用来保存当前需要重复的次数k
。每遇到一个[
,就表示有一个新的重复次数需要记录下来。resultStack
: 用来保存每次遇到[
之前生成的字符串(即之前的部分字符串),以便遇到]
时能把当前处理的部分和之前的部分结合起来。
3. 遍历字符串并根据字符类型进行处理:
- 数字:当遇到数字时,可能会有多位数字组合在一起(例如 “10” 或 “100”),因此需要将完整的数字解析出来,并将它压入
countStack
。 - 左括号
[
:当遇到[
时,表示进入一个新的子问题,将当前已生成的字符串result
存入resultStack
,并将result
重置为空字符串,准备处理括号内的部分。 - 右括号
]
:当遇到]
时,说明当前括号内的子字符串已经生成完毕,应该将其重复相应的次数(根据countStack
中的值),然后将重复后的结果与之前保存的部分字符串拼接起来。 - 字母:如果当前字符是字母(既不是数字,也不是括号),则直接将其附加到当前的
result
中。
4. 算法流程:
- 代码从头到尾遍历字符串:
- 遇到数字时解析出完整的数字,并压入
countStack
。 - 遇到
[
时,将当前字符串保存到resultStack
并清空result
。 - 遇到
]
时,弹出countStack
和resultStack
的内容,生成重复的字符串并拼接起来。 - 遇到普通字符时,将其附加到当前的
result
中。
- 遇到数字时解析出完整的数字,并压入
5. 最终结果:
- 遍历完所有字符后,
result
中存储的就是最终解码后的字符串。
例子分析:
以输入 s = "3[a2[c]]"
为例:
- 首先解析出数字
3
,然后遇到[
,将当前的result
(空字符串)压入resultStack
。 - 继续遇到
a
,将其加到result
中。 - 然后遇到
2
,解析出数字2
,遇到[
,将当前的result
(a
) 压入resultStack
。 - 遇到
c
,将其加到result
中,接着遇到]
,从countStack
中弹出2
,将c
重复两次并与resultStack
中的a
拼接,得到acc
。 - 最后遇到
]
,将acc
重复三次,得到最终结果accaccacc
。
复杂度分析:
- 时间复杂度: 每个字符都被处理一次,因此时间复杂度为 O(n),其中 n 是输入字符串的长度。
- 空间复杂度: 由于使用了栈来存储中间结果,最坏情况下栈的深度为嵌套层数,因此空间复杂度也是 O(n)。
这样设计的算法能高效处理带有多层嵌套和重复的字符串解码问题。
class Solution {
public String decodeString(String s) {
Stack<Integer> countStack = new Stack<>();
Stack<String> resultStack = new Stack<>();
int index = 0;
String result = "";
while(index < s.length()) {
if(Character.isDigit(s.charAt(index))) {
int count = 0;
while(Character.isDigit(s.charAt(index))) {
count = count * 10 + (s.charAt(index) - '0'); //将连续数字字符转换为int数值
index++; //注意,index的位置是在while循环内部更新,而不是while循环外部
}
countStack.push(count);
}else if(s.charAt(index) == '[') {
resultStack.push(result);
result = "";
index++;
}else if(s.charAt(index) == ']') {
StringBuilder temp = new StringBuilder(resultStack.pop());
int repeatTimes = countStack.pop();
for(int i = 0; i < repeatTimes; ++i) {
temp.append(result); //temp一直在append并没有被清空过
}
//result 是增量式变化
result = temp.toString();
index++;
}else {
result = result + s.charAt(index);
index++;
}
}
return result;
}
}
为什么在遇到[时,将当前字符串保存到 resultStack 并清空 result,这是因为第一次遇到[时,当前字符串是空串"",除了第一次,之后每次遇到[时,当前字符串都是上一个[]中的完整字符串,所以需要将当前字符串保存到 resultStack 并清空 result
你理解得非常正确!在遇到 [
时,将当前字符串保存到 resultStack
并清空 result
是算法中的一个关键步骤,原因可以从以下几个方面解释:
1. 处理嵌套结构:
每次遇到 [
时,说明即将开始处理一个新的子字符串,而当前的 result
中已经存储了上一个部分(或者是空串,如果是第一次遇到 [
)。为了确保可以正确地将嵌套结构解析并组合在一起,需要先将当前的 result
暂时保存起来,等待后续处理完括号内的子字符串后再恢复。
2. 保存当前结果用于拼接:
- 第一次遇到
[
时,当前的result
可能是空串""
,因为还没有处理到任何有效的字符。将空串压入resultStack
只是为了保持结构一致。 - 之后每次遇到
[
时,当前的result
已经包含了在之前解析的字符串。例如,对于输入"2[abc]3[cd]ef"
,当处理到3[
时,result
可能是"abcabc"
,这时需要将它保存到resultStack
,以便之后拼接cd
重复的部分。
3. 清空 result
以处理括号内的新内容:
每次遇到 [
后,新的字符串解析会从括号内部的内容开始,因此必须将 result
清空,确保解析的新字符串(括号内的部分)不会与之前的内容混在一起。这样做的目的是为每一对 []
保持独立的处理状态。
例子解释:
假设我们处理字符串 s = "2[abc]3[cd]ef"
:
- 遇到
2
,我们解析出count = 2
。 - 遇到
[
,我们把当前的result
(空串)压入resultStack
,然后清空result
,为接下来解析abc
做准备。 - 解析到
abc
,此时result = "abc"
。 - 遇到
]
,我们从resultStack
中弹出空串,重复abc
两次,得到"abcabc"
,并将其保存到result
。 - 继续处理
3[cd]
时,result = "abcabc"
,我们需要保存它,因此再次遇到[
时,将"abcabc"
压入resultStack
,清空result
以解析cd
。 - 解析
cd
完成后,我们将result = "cdcdcd"
与之前的"abcabc"
拼接,得到"abcabccdcdcd"
。 - 最后,添加
ef
,得到最终结果"abcabccdcdcdef"
。
总结:
每次遇到 [
时,将当前的 result
保存到 resultStack
,并清空 result
是为了:
- 确保每个括号对内的字符串能够独立解析。
- 保证括号内的字符串能够正确重复并与之前的部分拼接。
这一步处理使得代码可以正确解析嵌套和连续的编码字符串。
之所以使用StringBuilder temp, 是因为temp一直在append并且temp不会被清空,所以result = temp.toString();是增量式变化的
是的,完全正确!你对 StringBuilder temp
的使用理解非常到位。
使用 StringBuilder
和 temp.append(result)
是为了增量式地构建字符串,并且 temp
不会在每次循环中被清空,它会逐步构建最终的解码结果。具体原因如下:
1. StringBuilder
提供高效的字符串拼接操作:
- StringBuilder 是 Java 中用于高效处理字符串拼接的类,因为它不像
String
那样每次拼接都会创建一个新的字符串对象。使用StringBuilder
可以避免频繁创建新对象,提升性能,特别是在循环中拼接大量字符串的情况下。
2. temp
用于存储多次拼接后的结果:
- 在
while
循环中,当遇到]
时,会把resultStack
中保存的上一级的字符串取出,并将当前解析的result
重复多次后,拼接回到temp
中。 - 每次进入这个步骤时,
temp
会不断通过temp.append(result)
增量式地拼接新的部分,而不会被清空。 - 注意:
result
只存储当前括号内的部分,而temp
逐渐积累最终结果。
3. 增量式的变化:
- 每次遇到
]
时,temp.append(result)
的结果会不断累积。然后使用result = temp.toString();
将temp
中的累积结果转换回String
类型并赋给result
,继续后续的处理。 temp
不会在循环中被清空,因此它能够保存之前的拼接结果,从而实现增量式的构建。
例子分析:
假设输入是 s = "3[a2[c]]"
,解析过程如下:
- 解析到
3[
,开始处理a2[c]
,此时result = ""
。 - 解析到
a
,result = "a"
。 - 解析到
2[c]
,进入内层括号,先把result = "a"
压入resultStack
,然后清空result
准备处理c
。 - 解析到
c
,result = "c"
,之后遇到]
,弹出2
,将c
重复两次,得到cc
,将其与resultStack
中的"a"
拼接,生成temp = "acc"
。 - 最后,处理
3[]
的外层,弹出3
,将"acc"
重复三次,通过temp.append(result)
得到accaccacc
,最终将其赋值给result
。
因此,temp
是不断积累的,而 result
在不同层次的括号内会被清空并重新构建,这样的设计确保了各层括号中的字符串能够正确拼接到一起。
总结:
StringBuilder temp
用来增量式地拼接字符串,每次重复操作后都把结果追加到temp
,这样可以避免频繁创建新对象,并且不会在循环中被清空。result = temp.toString();
只是把StringBuilder
中的累积结果转换成字符串后继续后续的处理。- 这种设计确保每层括号解析完后,拼接结果能够累积并正确组合,最终得到完整的解码字符串。