力扣125.验证回文串-双指针

问题描述

在编程面试中，验证回文串是一个经典问题。题目要求我们判断一个字符串是否为回文串，但有两个特殊要求：

1. 只考虑字母和数字字符

2. 忽略字符的大小写

示例 1：

text

输入: "A man, a plan, a canal: Panama"
输出: true
解释: "amanaplanacanalpanama" 是回文串

示例 2：

text

输入: "race a car"
输出: false
解释: "raceacar" 不是回文串

什么是回文串？

回文串是指正着读和反着读都一样的字符串。例如：

• "level"

• "radar"

• "上海自来水来自海上"

解决：双指针法

核心思想

使用两个指针从字符串的两端向中间移动，逐步比较字符是否相同。

算法步骤

1. 初始化指针

   • 左指针 i 指向字符串开头

   • 右指针 j 指向字符串结尾

2. 主循环

   • 当左指针小于右指针时继续比较

3. 跳过非字母数字字符

   • 如果左指针指向的字符不是字母或数字，左指针右移

   • 如果右指针指向的字符不是字母或数字，右指针左移

4. 比较字符

   • 将字符转换为小写后比较

   • 如果相同，两个指针都向中间移动

   • 如果不同，直接返回 false

5. 结束条件

   • 当所有有效字符都比较完毕且都相同时，返回 true

代码实现

class Solution {
    public boolean isPalindrome(String s) {
        int i = 0;                      // 左指针
        int j = s.length() - 1;         // 右指针
        
        while (i < j) {                 // 主循环
            // 跳过左侧非字母数字字符
            if (!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(i))) {
                i++;
            } 
            // 跳过右侧非字母数字字符
            else if (!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(j))) {
                j--;
            } 
            // 比较字符（忽略大小写）
            else if (Character.toLowerCase(s.charAt(i)) == 
                     Character.toLowerCase(s.charAt(j))) {
                i++;                    // 左指针右移
                j--;                    // 右指针左移
            } 
            // 字符不同，不是回文串
            else {
                return false;
            }
        }
        return true;                    // 所有字符匹配
    }
}

算法详解

关键方法解析

1. Character.isLetterOrDigit(char ch)

这个方法用于判断字符是否为字母或数字：

• 字母：A-Z, a-z

• 数字：0-9

• 其他字符（标点、空格等）返回 false

2. Character.toLowerCase(char ch)

将字符转换为小写：

• 大写字母：A → a

• 小写字母和数字：保持不变

• 确保大小写不敏感的比较

复杂度分析

时间复杂度：O(n)

• n 是字符串的长度

• 每个字符最多被访问一次（左指针或右指针）

• 最坏情况下需要遍历整个字符串

空间复杂度：O(1)

• 只使用了常数级别的额外空间

• 只存储了两个指针和几个临时变量

优化技巧

1. 预处理字符串（备选方案）

可以先清洗字符串，再判断：

public boolean isPalindromeAlternative(String s) {
    // 1. 转换为小写
    // 2. 移除非字母数字字符
    String cleaned = s.toLowerCase().replaceAll("[^a-z0-9]", "");
    
    // 3. 判断清洗后的字符串是否为回文
    int left = 0, right = cleaned.length() - 1;
    while (left < right) {
        if (cleaned.charAt(left) != cleaned.charAt(right)) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

优缺点：

• 优点：代码更简洁

• 缺点：需要额外的O(n)空间存储清洗后的字符串

2. 使用StringBuilder反转

public boolean isPalindromeWithBuilder(String s) {
    String cleaned = s.toLowerCase().replaceAll("[^a-z0-9]", "");
    String reversed = new StringBuilder(cleaned).reverse().toString();
    return cleaned.equals(reversed);
}

优缺点：

• 优点：代码极简

• 缺点：需要额外空间，且比较整个字符串

常见错误

错误1：忘记处理大小写

java

// 错误代码
if (s.charAt(i) == s.charAt(j)) { ... }
// 应使用toLowerCase转换

错误2：指针移动逻辑错误

java

// 错误代码：同时移动指针
if (!Character.isLetterOrDigit(s.charAt(i))) {
    i++;
    j--;  // 错误：不应该同时移动j
}

错误3：边界条件处理不当

java

// 错误：没有考虑空字符串或全无效字符的情况
if (s.length() == 0) return false;  // 应返回true

扩展思考

1. 如何修改代码以支持Unicode字符？

使用 Character.isLetter() 和 Character.isDigit() 分开判断：

java

if (!Character.isLetter(c) && !Character.isDigit(c)) {
    // 跳过
}

2. 如何找到最长回文子串？

这是LeetCode第5题，可以使用动态规划 或中心扩展法解决。

3. 如何统计字符串中的回文子串数量？

可以使用中心扩展法，统计以每个字符为中心的回文数量。

总结

验证回文串问题虽然简单，但涵盖了多个重要编程概念：

• 双指针技巧：高效的遍历方法

• 字符处理：大小写转换、字符类型判断

• 边界条件：空字符串、特殊字符处理

• 时间复杂度优化：O(n)时间复杂度和O(1)空间复杂度

掌握这个问题的解法不仅有助于通过面试，还能加深对字符串处理和算法优化的理解。

关键要点记忆：

1. 使用双指针从两端向中间遍历

2. 使用**Character.isLetterOrDigit()** 过滤无效字符

3. 使用 **Character.toLowerCase()**统一大小写

4. 注意边界条件的处理