剑指offer-54、字符流中第一个不重复的字符

题⽬描述

请实现⼀个函数⽤来找出字符流中第⼀个只出现⼀次的字符。例如，当从字符流中只读出前两个字符" go "时，第⼀个只出现⼀次的字符是" g "。当从该字符流中读出前六个字符" google "时，第⼀个只出现⼀次的字符是" l "。

返回值描述：如果当前字符流没有存在出现⼀次的字符，返回 # 字符。

思路及解答

有序哈希表

可以直接使用哈希的数据结构来存取我们的字符，对与重复的字符可以对值进行统计或者标记都行。这里要用LinkedHashMap，因为题目要求到了要出现的第一个不重复的字符，所以如果不使用有序map的话，那么我们就不能保证取到的是第一个不重复的字符。

java 复制代码

public class Solution {
    //Insert one char from stringstream
    //因为后面要遍历保证有序，所以这里使用LinkedHashMap
    Map<Character,Integer> map = new LinkedHashMap<>();
    
    public void Insert(char ch){
        if(map.containsKey(ch)){
            map.put(ch,-1);
        }else{
            map.put(ch,1);
        }
    }
  //return the first appearence once char in current stringstream
    public char FirstAppearingOnce(){
        for(Character i : map.keySet()){
            if(map.get(i) == 1){
                return i;
            }
        }
        return '#';
    }
}

时间复杂度：插入O(1)，查询最坏O(n)
空间复杂度：O(n)

队列+计数数组(最优)

结合了队列的先进先出特性和数组的快速访问能力，能够高效解决动态字符流中的首个不重复字符查找问题

java 复制代码

public class Solution {
    private int[] count = new int[128];  // ASCII字符计数数组
    private Queue<Character> queue = new LinkedList<>();  // 维护候选字符顺序
    
    // 插入字符到流中
    public void Insert(char ch) {
        count[ch]++;  // 字符出现次数加1
        queue.add(ch);  // 字符加入队列
        
        // 清理队列头部已重复的字符
        while (!queue.isEmpty() && count[queue.peek()] > 1) {
            queue.poll();
        }
    }
    
    // 返回当前第一个不重复字符
    public char FirstAppearingOnce() {
        return queue.isEmpty() ? '#' : queue.peek();
    }
}

时间复杂度：每个字符的插入操作是均摊O(1)，查询操作是严格的O(1)
空间复杂度：O(1)（固定大小的数组和队列）

双数组记录

通过记录字符首次出现的位置和状态，在查询时进行全局扫描

java 复制代码

public class Solution {
    private int[] position = new int[128];  // 记录字符位置或状态
    private int index = 1;  // 当前字符位置索引
    
    public Solution() {
        // 初始化，-1表示未出现过
        for (int i = 0; i < 128; i++) {
            position[i] = -1;
        }
    }
    
    public void Insert(char ch) {
        if (position[ch] == -1) {
            // 第一次出现，记录位置
            position[ch] = index;
        } else if (position[ch] > 0) {
            // 重复出现，标记为-2
            position[ch] = -2;
        }
        index++;
    }
    
    public char FirstAppearingOnce() {
        int minIndex = Integer.MAX_VALUE;
        char result = '#';
        
        // 扫描找到最小正整数值对应的字符
        for (int i = 0; i < 128; i++) {
            if (position[i] > 0 && position[i] < minIndex) {
                minIndex = position[i];
                result = (char) i;
            }
        }
        return result;
    }
}

时间复杂度：插入O(1)，查询O(1)（固定128次循环）
空间复杂度：O(1)