Python面试宝典第49题：字符串压缩

题目

给你一个字符数组chars ，请使用下述算法进行压缩。

1、从一个空字符串s开始，对于chars中的每组连续重复字符：

（1）如果这一组长度为1 ，则将字符追加到s中。

（2）否则，需要向s追加字符，后跟这一组的长度。

2、压缩后得到的字符串s不应该直接返回，需要转储到字符数组chars中。需要注意的是，如果组长度为10或10以上，则在chars数组中会被拆分为多个字符。

请在修改完输入数组后，返回该数组的新长度。

备注：chars[i]可以是小写英文字母、大写英文字母、数字或符号。

示例 1：

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输入：chars = ["a","a","b","b","c","c","c"]
输出：返回6 ，输入数组的前6个字符应该是["a","2","b","2","c","3"]。
解释："aa"被"a2"替代，"bb"被"b2"替代，"ccc"被"c3"替代。

示例 2：

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输入：chars = ["a"]
输出：返回1，输入数组的前1个字符应该是["a"]。
解释：唯一的组是"a"，它保持未压缩，因为它是一个字符。

示例 3：

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输入：chars = ["a","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b"]
输出：返回4，输入数组的前4个字符应该是["a","b","1","2"]。
解释：由于字符"a"不重复，所以不会被压缩，"bbbbbbbbbbbb"被"b12"替代。

使用栈

使用栈来求解本题的基本思想是：利用栈这种数据结构来存储连续重复字符的信息。解题的主要步骤如下。

1、初始化栈。创建一个栈，用于存放字符及其重复次数。

2、遍历数组。从左至右，遍历输入数组chars。

3、处理字符。如果栈为空，或当前字符与栈顶字符不同，将当前字符及其初始计数1压入栈中。如果当前字符与栈顶字符相同，增加栈顶计数。

4、构建压缩后的字符串。当遍历完整个数组后，从栈中弹出字符及其计数，并将它们按照规则添加到结果数组中。

根据上面的算法步骤，我们可以得出下面的示例代码。

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def string_compression_by_stack(chars):
    stack = []
    write_index = 0

    for read_index in range(len(chars)):
        # 如果栈为空，或者当前字符与栈顶字符不同
        if not stack or chars[read_index] != stack[-1][0]:
            # 入栈
            stack.append([chars[read_index], 1])
        else:
            # 更新计数
            stack[-1][1] += 1

    # 构建压缩后的字符串
    for char, count in stack:
        # 写入字符
        chars[write_index] = char
        write_index += 1
        # 如果计数大于1，则写入计数
        if count > 1:
            # 将计数按位写入
            for digit in str(count):
                chars[write_index] = digit
                write_index += 1

    return write_index

chars = ["a", "a", "b", "b", "c", "c", "c"]
new_length = string_compression_by_stack(chars)
print(new_length)
print(chars[:new_length])

chars = ["a"]
new_length = string_compression_by_stack(chars)
print(new_length)
print(chars[:new_length])

chars = ["a","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b"]
new_length = string_compression_by_stack(chars)
print(new_length)
print(chars[:new_length])

双指针法

双指针法利用了一个基本事实：压缩后的字符数组通常情况下比原数组要短，最坏情况下一样长。我们可以使用两个指针：read_index和write_index。read_index用于读取原数组中的字符，write_index用于写入压缩后的结果。遍历原数组，当遇到相同的字符时，更新计数。当遇到不同的字符时，将当前字符及其计数（如果大于1）写入到chars数组中，并更新write_index。使用双指针法求解本题的主要步骤如下。

1、初始化，将read_index和write_index置为0。

2、遍历chars数组，使用read_index逐个读取字符，并进行以下操作。

（1）使用一个变量count，记录当前字符的重复次数。

（2）当遇到不同的字符时，将当前字符和其重复次数写入chars数组的write_index位置，并更新 write_index。

3、返回write_index作为新长度。

根据上面的算法步骤，我们可以得出下面的示例代码。

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def string_compression_by_two_pointers(chars):
    read_index = 0
    write_index = 0
    n = len(chars)

    while read_index < n:
        char = chars[read_index]
        count = 0
        # 一直遍历到不同的字符为止
        while read_index < n and chars[read_index] == char:
            read_index += 1
            count += 1
        
        # 先写入字符
        chars[write_index] = char
        write_index += 1
        
        # 如果计数大于1，再写入计数
        if count > 1:
            for digit in str(count):
                chars[write_index] = digit
                write_index += 1

    return write_index

chars = ["a", "a", "b", "b", "c", "c", "c"]
new_length = string_compression_by_two_pointers(chars)
print(new_length)
print(chars[:new_length])

chars = ["a"]
new_length = string_compression_by_two_pointers(chars)
print(new_length)
print(chars[:new_length])

chars = ["a","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b","b"]
new_length = string_compression_by_two_pointers(chars)
print(new_length)
print(chars[:new_length])

总结

使用栈来求解本题时，需要遍历输入数组一次，每个字符至多入栈和出栈各一次。故时间复杂度为O(n)，其中n是输入数组的长度。其空间复杂度为O(n)，需要额外的空间来存储栈。

双指针法的时间复杂度也为O(n)，但其空间复杂度仅为O(1)，不需要额外的空间。与使用栈的方法相比，双指针法效率更高，但在理解上可能稍微复杂一些。