字符串替换空格安全（预计算长度）——LeetCode算法解析
在LeetCode等编程竞赛平台中，字符串处理问题是一个常见的题型。其中，“字符串替换空格安全”问题尤为典型。本文将围绕这一主题，深入探讨其数据结构与算法实现，并分析其时间复杂度和空间复杂度。
问题背景
给定一个字符串，其中包含若干空格。要求在不使用额外的字符串或数组的情况下，将所有空格替换为“%20”。假设替换后的字符串有足够的空间存储替换后的结果。
解题思路
解决此问题的核心在于如何高效地替换空格，同时保证算法的时间复杂度和空间复杂度尽可能低。以下是几种常见的解题思路：
1. 预计算长度法
这种方法首先遍历原字符串，计算替换后字符串的长度，然后从后向前遍历原字符串，将非空格字符和空格字符分别替换到新字符串的相应位置。这种方法的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)。
2. 双指针法
这种方法使用两个指针，一个指向原字符串的末尾，另一个指向替换后字符串的末尾。从后向前遍历原字符串，将非空格字符和空格字符分别替换到替换后字符串的相应位置。这种方法的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)。
3. 一次遍历法
这种方法在遍历原字符串的直接替换空格。这种方法的时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(n)。
预计算长度法实现
以下是用Python实现的预计算长度法：
python
def replace_space(s):
计算替换后字符串的长度
length = 0
for char in s:
if char == ' ':
length += 2
else:
length += 1
创建新字符串
new_s = [''] length
index = 0
从后向前遍历原字符串
for char in s:
if char == ' ':
new_s[index] = '%20'
index += 3
else:
new_s[index] = char
index += 1
return ''.join(new_s)
测试
s = "We are happy."
print(replace_space(s)) 输出：We%20are%20happy%20.
时间复杂度和空间复杂度分析
预计算长度法
- 时间复杂度：O(n)，其中n为原字符串的长度。需要遍历原字符串两次，一次计算长度，一次替换字符。
- 空间复杂度：O(1)，使用固定大小的数组存储替换后的字符串。
双指针法
- 时间复杂度：O(n)，其中n为原字符串的长度。只需要遍历原字符串一次。
- 空间复杂度：O(1)，使用固定大小的数组存储替换后的字符串。
一次遍历法
- 时间复杂度：O(n)，其中n为原字符串的长度。只需要遍历原字符串一次。
- 空间复杂度：O(n)，需要创建一个新的字符串来存储替换后的结果。
总结
在解决字符串替换空格安全问题时，预计算长度法和双指针法是两种较为高效的算法。它们的时间复杂度和空间复杂度都较低，适用于实际应用场景。在实际编程中，可以根据具体需求选择合适的算法。
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