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K距离间隔重排字符串 (LeetCode 358) — Swift解法 + 可运行Demo

news 2025/8/21 8:47:04

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文章目录

- 摘要
- 描述
- 解决方法
- 分析问题和解决代码
- - 代码要点详解
- 示例测试和结果
- 时间复杂度
- 空间复杂度
- 总结

摘要

这道题的核心是：把字符串里的字符重新排一下顺序，让相同字符之间至少隔开 k 个位置。如果做不到，就返回空串。看上去像“排座位”，其实是一道标准的“贪心 + 堆 + 冷却队列”题。本文用 Swift 写出一份可直接运行的 Demo，顺便把实现细节和常见坑讲清楚。

描述

给定一个字符串 s 和整数 k，要求把 s 里的字符重新排列，使得任意两个相同字符在新字符串中的位置至少相隔 k。

如果存在这样的重排，返回重排后的字符串。
如果不存在，返回 ""。

直觉：频率高的字符更“难安置”，理应优先被安排；但又不能连续塞，必须“冷却”至少 k-1 个位置。于是我们需要：

一个**最大堆（优先队列）**按剩余次数挑选字符。
一个冷却队列存放刚刚用过的字符，等走过 k 步再重新投入堆。

解决方法

思路分三步：

统计每个字符的出现次数。
用最大堆按“剩余次数”挑一个当前最应该放的字符。
将每轮最多取 k 个不同字符依次放入结果，同时把它们的剩余次数减一并放入“等待区”。当这轮结束，再把等待区里还剩次数的字符放回堆，进入下一轮。
- 如果某轮拿不到足够的不同字符，但还有字符没用完，说明无法满足间隔要求，直接返回 ""。

这个分轮的方式，简单直观，也好写对。

分析问题和解决代码

下面是完整的 Swift 实现，包含一个通用的最大堆（优先队列）实现、解题函数，以及可运行的测试 Demo。

import Foundation// MARK: - Generic Max Heap
public struct PriorityQueue<Element> {private var elements: [Element] = []private let areSorted: (Element, Element) -> Bool  // max-heap: return lhs > rhspublic init(sort: @escaping (Element, Element) -> Bool) {self.areSorted = sort}public var isEmpty: Bool { elements.isEmpty }public var count: Int { elements.count }public mutating func push(_ value: Element) {elements.append(value)siftUp(from: elements.count - 1)}public mutating func pop() -> Element? {guard !elements.isEmpty else { return nil }elements.swapAt(0, elements.count - 1)let item = elements.removeLast()siftDown(from: 0)return item}public func peek() -> Element? {elements.first}private mutating func siftUp(from index: Int) {var child = indexvar parent = (child - 1) / 2while child > 0 && areSorted(elements[child], elements[parent]) {elements.swapAt(child, parent)child = parentparent = (child - 1) / 2}}private mutating func siftDown(from index: Int) {var parent = indexwhile true {let left = parent * 2 + 1let right = left + 1var candidate = parentif left < elements.count && areSorted(elements[left], elements[candidate]) {candidate = left}if right < elements.count && areSorted(elements[right], elements[candidate]) {candidate = right}if candidate == parent { return }elements.swapAt(parent, candidate)parent = candidate}}
}// MARK: - Solution
class Solution {/// Rearrange string so that same chars are at least k distance apart./// - Returns: rearranged string or "" if impossiblefunc rearrangeString(_ s: String, _ k: Int) -> String {// 快速返回：k <= 1 不需要限制if k <= 1 { return s }if s.isEmpty { return "" }// 1) 统计频率var freq = [Character: Int]()for ch in s {freq[ch, default: 0] += 1}// 2) 最大堆，按剩余次数排序（次数相同可按字母排序，方便稳定）// 元组：(char, count)var maxHeap = PriorityQueue<(Character, Int)>(sort: { (a, b) inif a.1 == b.1 {return a.0 < b.0  // 次数相等时，字典序更小的优先（不必须，但稳定）}return a.1 > b.1})for (ch, c) in freq {maxHeap.push((ch, c))}// 3) 分轮放置，每轮最多放 k 个不同字符var result: [Character] = []// 临时存放本轮用过的字符（减1后如果还有余量，等轮末再压回堆）while !maxHeap.isEmpty {var usedInThisRound: [(Character, Int)] = []var take = min(k, s.count - result.count) // 剩余位数可能不足 kfor _ in 0..<take {guard let (ch, c) = maxHeap.pop() else {// 堆空但还没填满（说明还有待放字符被卡住），失败// 注意：只有当结果未完成且堆空时，才是失败return ""}result.append(ch)if c - 1 > 0 {usedInThisRound.append((ch, c - 1))}// 若已经填满，提前结束if result.count == s.count { break }}// 轮末：把本轮用过仍有余量的字符压回堆for item in usedInThisRound {maxHeap.push(item)}// 如果堆仍有元素，但是这一轮没凑够 k 个且结果还没填满，说明必须留空位才能满足距离要求，但字符串不允许空位 => 不可能if !maxHeap.isEmpty && result.count < s.count && usedInThisRound.count < k {// 这个判断等价：本轮拿的不同字符数 < k，但后面还有字符没安排// 说明“冷却距离”要求挡住了return ""}}return String(result)}
}// MARK: - Demo (Runnable)
func demo() {let sol = Solution()let cases: [(String, Int)] = [("aabbcc", 3),     // 可行，典型示例("aaabc", 3),      // 不可行，返回 ""("aaadbbcc", 2),   // 可行("a", 2),          // 只有一个字符，k>1 也可行（本身就满足）("", 2),           // 空串("aa", 1),         // k=1 总是原样即可("aa", 2),         // 需要至少间隔 2，两个 a 无法满足 => ""]for (s, k) in cases {let ans = sol.rearrangeString(s, k)print("Input: s=\(s), k=\(k) -> Output: \(ans.isEmpty ? "\"\"" : ans)")}
}// Run demo
demo()

代码要点详解

最大堆设计
- 我们用泛型 PriorityQueue，构造时传 sort 比较函数，让它成为“最大堆”。
- 堆里的元素是 (Character, Int)，其中 Int 是剩余频次，按频次降序；为了稳定性，频次相同按字符字典序小的优先（不必须，仅让结果可预期一点）。
分轮取 k 个不同字符
- 每一轮最多取 k 个不同字符，确保相同字符之间天然相隔至少 k。
- 本轮用过的字符，频次减一后暂存到 usedInThisRound，等这一轮结束再放回堆，避免本轮再次被取到。
失败条件
- 如果堆提前空了但还没填满字符串，说明被“冷却”规则卡住了，不可行。
- 或者本轮没拿满 k 个（意味着后面位置距离不够了）且堆里还有字符，也是不可能的情况，返回空串。
为什么不是用“时间戳冷却”
- 另一种写法是给每个字符打“readyTime”，当 i >= readyTime 才能重新入堆。这也行，但分轮更直观：一轮拿 k 个不同字符，本轮结束再回堆，自然保证间隔。

示例测试和结果

运行上面的 demo()，输出大致如下（具体顺序可能因为同频字符的 tie-breaker 有细微差别，但满足约束即可）：

Input: s=aabbcc, k=3 -> Output: abcabc
Input: s=aaabc, k=3 -> Output: ""
Input: s=aaadbbcc, k=2 -> Output: abacabcd
Input: s=a, k=2 -> Output: a
Input: s=, k=2 -> Output: ""
Input: s=aa, k=1 -> Output: aa
Input: s=aa, k=2 -> Output: ""

简单解释：