151. 反转字符串中的单词

题目难度

中等

题目描述

给你一个字符串s，请你反转字符串中单词的顺序。

单词是由非空格字符组成的字符串。s中使用至少一个空格将字符串中的单词分隔开。

返回单词顺序颠倒且单词之间用单个空格连接的结果字符串。

注意：输入字符串s中可能会存在前导空格、尾随空格或者单词间的多个空格。返回的结果字符串中，单词间应当仅用单个空格分隔，且不包含任何额外的空格。

示例

示例 1

输入：s = "the sky is blue"
输出："blue is sky the"

示例 2

输入：s = " hello world "
输出："world hello"
解释：反转后的字符串中不能存在前导空格和尾随空格。

示例 3

输入：s = "a good example"
输出："example good a"
解释：如果两个单词间有多余的空格，反转后的字符串需要将单词间的空格减少到仅有一个。

提示信息

• 1 <= s.length <= 104
• s包含英文大小写字母、数字和空格 ' '
• s中至少存在一个单词。

解题思路

1. 去除多余空格：

   • 首先，去除输入字符串s中的前导空格、尾随空格以及单词之间的多余空格。可以通过遍历字符串，使用一个新的字符串来存储处理后的结果。当遇到非空格字符时，将其添加到新字符串中；当遇到空格且新字符串不为空时，再添加一个空格。这样可以确保新字符串中单词之间只有一个空格。

2. 反转整个字符串：

   • 对去除多余空格后的字符串进行反转。可以使用双指针的方法，一个指针从字符串的开头开始，另一个指针从字符串的末尾开始，不断交换两个指针所指的字符，直到两个指针相遇。

3. 反转每个单词：

   • 再次遍历反转后的字符串，确定每个单词的边界。当遇到空格时，说明一个单词结束，可以对这个单词进行反转。同样可以使用双指针的方法，一个指针指向单词的开头，另一个指针指向单词的末尾，不断交换两个指针所指的字符，直到两个指针相遇。

解法一：反转两次

• 先删除空白
• 整个反转
• 单词反转，转回来了

class Solution:
    def reverseWords(self, s: str) -> str:
        # 删除前后空白
        s = s.strip()
        # 反转整个字符串
        s = s[::-1]
        # 将字符串拆分成单词，并且反转每个单词
        s = ' '.join(word[::-1] for word in s.split())
        return s

• 因为字符串在python时是不可变类型，所以反转单词时，需要先将其转换成列表，然后通过join函数再将其转换成列表，所以空间复杂度不是$O(1)$

解法二：双指针反转

class Solution:
    def reverseWords(self, s: str) -> str:
        # 将字符串char拆分成单词 '' ,即转换成列表类型
        # s = '  hello    world  '
        words = s.split()  # words = ['hello','world']
        # 双指针反转单词'位置'
        left, right = 0, len(words) - 1
        while left < right:
            words[left], words[right] = words[right], words[left]
            left += 1
            right -= 1
        
        # words = ['world','hello']
        return ' '.join(words)       

解法三：拆分字符串+反转列表

class Solution:
    def reverseWords(self, s):
        words = s.split()  # char ---> list = ['','','']
        words = words[::-1] # 切片快速反转单词位置
        return ' '.join(words)
         

以下是对三种解法的详细分析：

解法一：反转两次

1. 思路：

   • 首先使用strip()方法去除字符串前后的空白。
   • 然后通过切片操作s[::-1]反转整个字符串。
   • 最后，使用列表推导式将字符串按空格分割成单词列表，对每个单词进行反转，再用join方法将反转后的单词重新组合成字符串。

2. 优点：

   • 代码较为简洁，利用了 Python 的内置函数和切片操作，容易理解。

3. 缺点：

   • 正如你所说，由于字符串在 Python 中是不可变类型，在反转单词时需要将字符串转换为列表再转换回字符串，这会带来一定的开销，并且空间复杂度不是 $O(1)$。

4. 时间复杂度：

   • strip()的时间复杂度为 $O(n)$，其中 n 是字符串的长度。
   • 切片操作s[::-1]的时间复杂度为 $O(n)$。
   • 分割字符串和对每个单词进行反转的时间复杂度也为 $O(n)$，因为涉及遍历整个字符串。所以总体时间复杂度为 $O(n)$。

5. 空间复杂度：

   • 由于需要创建新的列表来存储反转后的单词，所以空间复杂度不是 $O(1)$，具体取决于字符串中的单词数量和长度。

解法二：双指针反转

1. 思路：

   • 首先使用split()方法将字符串拆分成单词列表。
   • 然后使用双指针的方法交换单词列表中单词的位置，实现单词顺序的反转。
   • 最后，使用join方法将反转后的单词列表重新组合成字符串。

2. 优点：

   • 不需要对每个单词进行单独的反转操作，只需要进行一次双指针反转单词位置的操作，相对高效。
   • 没有创建额外的数据结构来存储反转后的单词，空间复杂度相对较低。

3. 缺点：

   • 代码相对解法一稍微复杂一些，需要理解双指针的操作。

4. 时间复杂度：

   • split()方法的时间复杂度为 $O(n)$，其中 n 是字符串的长度。
   • 双指针反转单词位置的操作时间复杂度为 $O(m)$，其中 m 是单词的数量。由于单词数量通常小于字符串长度，所以总体时间复杂度为 $O(n)$。

5. 空间复杂度：

   • 只创建了一个单词列表，没有创建其他额外的数据结构，空间复杂度取决于单词的数量和长度，相对较低，可以认为接近 $O(m)$，其中 m 是单词的数量。

解法三：拆分字符串 + 反转列表

1. 思路：

   • 与解法二类似，首先使用split()方法将字符串拆分成单词列表。
   • 然后直接使用切片操作words[::-1]反转单词列表。
   • 最后，使用join方法将反转后的单词列表重新组合成字符串。

2. 优点：

   • 代码简洁，利用了切片操作快速反转单词列表。

3. 缺点：

   • 与解法一类似，需要将字符串拆分成单词列表，可能会带来一定的开销。并且空间复杂度不是 $O(1)$。

4. 时间复杂度：

   • split()方法的时间复杂度为 $O(n)$，其中 n 是字符串的长度。
   • 切片操作words[::-1]的时间复杂度为 $O(m)$，其中 m 是单词的数量。总体时间复杂度为 $O(n)$。

5. 空间复杂度：

   • 创建了一个单词列表，空间复杂度取决于单词的数量和长度，不是 $O(1)$。

综上所述，三种解法的时间复杂度都是 $O(n)$，但解法二在空间复杂度上相对较低，并且代码也较为高效。解法一和解法三虽然代码简洁，但在空间复杂度上有一定的不足。在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的解法。

切片操作是只能对列表进行么？

切片操作words[::-1]的时间复杂度为 $O(m)$，其中 $m$ 是切片操作所作用的序列的长度，在这个例子中就是单词列表words中单词的数量。

切片操作不仅可以对列表进行，也可以对字符串这种数据类型进行。对于字符串的切片操作，其语法和对列表的切片操作类似，例如：

s = "hello world"
print(s[::-1])  
print(s[1:5])  

在上述代码中，s[::-1]会将字符串s反转，得到dlrow olleh；s[1:5]会截取字符串s中从索引为1的字符到索引为4的字符，得到ello。

字符串切片操作的时间复杂度也是与切片的长度相关的，对于长度为 $n$ 的字符串，切片操作的时间复杂度通常为 $O(k)$，其中 $k$ 是切片的长度，也就是切片操作所选取的字符数量。在最坏的情况下，如果切片选取了整个字符串，时间复杂度就是 $O(n)$。

所以，切片操作是一种非常方便且高效的操作，可以用于多种序列类型的数据，包括列表、字符串、元组等，能够帮助我们灵活地获取和处理序列中的部分数据。