LeetCode刷题实战159：至多包含两个不同字符的最长子串-技术圈

算法的重要性，我就不多说了吧，想去大厂，就必须要经过基础知识和业务逻辑面试+算法面试。所以，为了提高大家的算法能力，这个公众号后续每天带大家做一道算法题，题目就从LeetCode上面选！

今天和大家聊的问题叫做 至多包含两个不同字符的最长子串（这题Leetcode需要会员才能看），我们先来看题面：

https://leetcode-cn.com/problems/longest-substring-with-at-most-two-distinct-characters/

Given a string, find the length of the longest substring T that contains at most 2 distinct characters.

题意

给定一个字符串 s ，找出至多包含两个不同字符的最长子串 t 。

样例

例 1:

输入: “eceba”
输出: 3
解释: t 是 “ece”，长度为3。

例 2:

输入: “ccaabbb”
输出: 5
解释: t 是 “aabbb”，长度为5。

解题

https://www.jianshu.com/p/3494e4dcea00

解题思路

一. 理解题意

要求是子串，不是子序列
子串最多由两个不同字符按任意数量排列组合而成
不要求记录子串，只需要记录长度

二. 选择数据结构与算法

双指针 + 哈希表解法

数据结构：指针、哈希表
算法思维：遍历、双指针、哈希（散列）

解题思路

声明一个哈希表和一个哈希函数
哈希函数用于生成字符索引
哈希表存放该字符在子串中出现的个数
声明一个整形变量存放“不同字符”的个数，按照题目要求，此个数应当 <= 2
用左右两个指针遍历整个字符串
判断右指针字符是否是“新字符”
如果是新字符，不同字符数 +1
无论是否为新字符，右指针在哈希表中相应位置的数据都要 +1，表示右指针字符在子串中出现的次数 +1
不断判断不同字符数是否 > 2
如果大于2，左指针在哈希表中相应位置的数据 -1，表示左指针字符在子串中出现的次数 -1
判断左指针在哈希表中相应位置的数据是否 == 0
如果不为 0，说明当前删除的左指针字符不是子串中的“最后一个”，右移左指针
如果为 0，说明当前删除的左指针字符是子串中的“最后一个”，不同字符数 -1
不管任何情况，右指针都照常右移
每次右指针右移时，计算最长子串的长度

边界问题

右指针（b）领先左指针（a），因此边界条件为：b < s.length()

细节问题

子串长度的计算公式：
如果先计算长度，右指针再右移，则 subLen = b - a +1
如果右指针先右移，再计算长度，则 subLen = b - a

class Solution {
    public int lengthOfLongestSubstringTwoDistinct(String s) {

        int len = s.length();

        //定义哈希表
        int[] hashtable = new int[128];
        for (int i = 0; i < 128; i++){
            hashtable[i] = 0;
        }

        int a = 0; //左指针
        int b = 0; //右指针
        int count = 0; //不同字符的个数
        int subLen = 0; //最长子串的长度
        
        //遍历字符串
        while (b < len) {
            char cb = s.charAt(b);
            //如果 b 处字符不存在于哈希表中
            if (hashtable[hash(cb)] == 0){
                count++; //不同字符个数 +1
            }
            //哈希表对应位置 +1
            hashtable[hash(cb)]++;
            
            //直到不同字符个数 <= 2
            while (count > 2){
                char ca = s.charAt(a);
                hashtable[hash(ca)]--; //哈希表中 a 处字符对应位置 -1
                //如果哈希表中 a 处字符对应位置不为 0
                if (hashtable[hash(ca)] == 0){
                    count--; //不同字符个数 -1
                }
                a++; //a指针右移
            }
            
            //计算子字符串长度
            subLen = Math.max(subLen,b-a+1);
            b++;
        }
        return subLen;
    }

    //定义哈希函数
    private int hash(char c){
        return c;
    }
}

执行耗时：1 ms，击败了 100.00% 的Java用户
内存消耗：36.6 MB，击败了 99.63% 的Java用户
时间复杂度：O(n) -- 两次链表的遍历 O(n)，查询哈希表 O(1)
空间复杂度：O(1) -- 一个哈希表 O(1)，两个指针 O(1)，两个整数变量 O(1)

使用“滑动窗口”的算法思维解决问题

优化解法

/**
     * 解法一：采用滑动窗口的算法思想，选取 left-right 子串进行验证
     * 如果字符数量没有超过2，则记录此时的最大长度，并且 right++
     * 如果字符数量超过2，则 left++
     * 使用 map 存放出现过的字符及次数
     *
     * （优化算法，使用数组替代 map)
     */
    public int lengthOfLongestSubstringTwoDistinct1(String s) {
        char[] chars = s.toCharArray();
        int len = chars.length;
        Map map = new HashMap<>();
        int left = 0, right = 0;
        int count = 0;//不同的字符数量
        int maxLength = 0;
        while (right < len) {
            //在map中获取该字符出现的次数(不存在则为0),次数+1
            int rightNumber = map.getOrDefault(chars[right], 0) + 1;
            map.put(chars[right], rightNumber);//更新map
            if (rightNumber == 1) {//第一次出现
                count++;
            }
            right++;
            if (count <= 2) {
                maxLength = Math.max(maxLength, right - left);
            }
            while (count > 2) {
                //左侧移除一个字符，在map中获取该字符出现的次数-1
                int leftNumber = map.get(chars[left]) - 1;
                map.put(chars[left], leftNumber);//更新map
                if (leftNumber == 0) {
                    count--;
                }
                left++;
            }
        }
        return maxLength;
    }

最优解

/**
     * 最优解
     * 改进1：考虑 ASCII 码表中的128个字符，可以使用数组代替 map，存放每个字符出现的次数
     * 改进2：滑动窗口 只会扩大或者平移（我们要取的就是最大窗口长度）
     *
     * @param s
     * @return
     */
    public int lengthOfLongestSubstringTwoDistinct(String s) {
        final int length = s.length();
        final int[] map = new int[128];
        int right = 0, left = 0;
        //count 为不同字符的数量
        for (int count = 0; right < length; ) {
            //右侧新字符进入窗口
            if (map[s.charAt(right++)]++ == 0) {
                count++;
            }
            //如果新字符进入窗口后使得 不同字符数量大于2，则左侧窗口也向右滑动一个（窗口平移）
            if (count > 2) {
                if (--map[s.charAt(left++)] == 0) {
                    count--;
                }
            }
        }
        return right - left;
    }