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【LeetCode 每日一题】2785. 将字符串中的元音字母排序

news 2025/9/21 5:28:56

Problem: 2785. 将字符串中的元音字母排序

文章目录

整体思路
完整代码
时空复杂度
- 时间复杂度：O(N)
- 空间复杂度：O(N)

整体思路

这段代码的目的是对一个给定的字符串 S 中的所有元音字母进行排序，并保持所有辅音字母的位置不变。排序是基于元音字母的ASCII码值进行的，即升序排序。

该算法采用了一种非常高效的 “提取-排序-放回” 的策略，并利用了 计数排序 (Counting Sort) 的思想来对元音字母进行排序。

其核心逻辑步骤如下：

第一步：识别并提取元音信息
- 算法首先定义了一个包含所有大小写元音字母的 Set，以便于进行 O(1) 的快速查找。
- 然后，它遍历输入的字符串 S（已转换为字符数组 s 以便修改）。
- 在遍历过程中，它做了两件重要的事情：
  a. 记录元音位置：每当遇到一个元音字母，就将其在原字符串中的索引 i 存入一个列表 idx。
  b. 统计元音频率：使用一个大小为 128 的整型数组 vowelASC（可以覆盖所有基本ASCII字符）来充当一个桶，统计每种元音字母出现的次数。例如，遇到字符 ‘a’，则 vowelASC['a']++。
第二步：隐式的排序过程
- 在第一步完成后，我们有了所有元音字母的种类和数量（存储在 vowelASC 中），以及它们应该被放回的位置（存储在 idx 中）。
- 接下来，代码通过一个 for 循环，从 i = 0 遍历到 127，这实际上是在按ASCII码的顺序隐式地遍历所有可能的字符。
- 这个循环天然地保证了我们是先处理ASCII码小的字符（如 ‘A’），再处理大的字符（如 ‘e’）。这就是计数排序的核心思想。
第三步：按序放回元音
- 在上述的 for 循环中，对于每个字符 c = (char) i：
  - 它会检查 vowelASC[i] 的值，即字符 c 出现了多少次。
  - 使用一个 while 循环，将字符 c 按照其出现次数，依次放回到元音字母原来所在的位置上。
  - s[idx.get(t++)] = c;: idx 列表保证了我们总是按从左到右的顺序填充元音位置。t 是一个指针，用于追踪下一个可用的元音位置。
- 例如，循环首先会处理 ‘A’。假设 vowelASC['A'] 是 2，那么代码会把 s[idx.get(0)] 和 s[idx.get(1)] 都设置为 ‘A’。然后 t 变为 2。接着处理 ‘E’，以此类推。
返回结果
- 当所有元音都按序放回后，字符数组 s 中就包含了最终的结果。
- 最后，通过 new String(s) 将其转换回字符串并返回。

完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Set;class Solution {/*** 对字符串中的元音字母按ASCII值升序排序，保持辅音字母位置不变。* @param S 输入的字符串* @return 排序元音后的新字符串*/public String sortVowels(String S) {int n = S.length();// 使用 Set 提供 O(1) 的元音查找Set<Character> vowels = Set.of('a', 'e', 'i', 'o', 'u', 'A', 'E', 'I', 'O', 'U');// idx: 存储原字符串中所有元音字母的索引List<Integer> idx = new ArrayList<>();// vowelASC: 充当计数排序的桶，统计每种元音的频率int[] vowelASC = new int[128];// 将字符串转为字符数组，以便原地修改char[] s = S.toCharArray();// 步骤 1: 遍历字符串，提取元音信息for (int i = 0; i < n; i++) {char c = s[i];if (vowels.contains(c)) {// 记录元音的位置idx.add(i);// 统计元音的频率vowelASC[c]++;}}// t: 指针，用于在 idx 列表中定位下一个要填充的元音位置int t = 0;// 步骤 2 & 3: 隐式排序并按序放回元音// 遍历所有可能的ASCII字符 (0-127)for (int i = 0; i < 128; i++) {char c = (char) i;// 检查字符 c (作为一个元音) 出现了多少次while (vowelASC[i]-- > 0) {// 将字符 c 放入下一个可用的元音位置s[idx.get(t++)] = c;}}// 将修改后的字符数组转换回字符串并返回return new String(s);}
}

时空复杂度

时间复杂度：O(N)

提取元音信息：第一个 for 循环遍历整个字符串一次，长度为 N。内部的 vowels.contains() 是 O(1)，idx.add() 是均摊O(1)，数组访问是 O(1)。因此，这部分的时间复杂度是 O(N)。
排序与放回：
- 第二个 for 循环的迭代次数是一个固定的常数 128。
- 内部的 while 循环的总执行次数，等于字符串中元音字母的总数。设元音字母数量为 V ( V <= N )。
- while 循环体内的操作 idx.get() 和数组赋值都是 O(1) 的。
- 因此，这部分的总时间复杂度是 O(128 + V)，可以简化为 O(V)。
字符串转换：new String(s) 的时间复杂度是 O(N)。

综合分析：
总的时间复杂度是 O(N) + O(V) + O(N)。由于 V <= N，所以最终的时间复杂度为 O(N)。

空间复杂度：O(N)

主要存储开销：
- Set<Character> vowels: 存储10个元音，占用 O(1) 的常数空间。
- List<Integer> idx: 在最坏的情况下（例如，字符串全由元音组成），这个列表需要存储 N 个索引。因此，其空间复杂度为 O(N)。
- int[] vowelASC: 大小是固定的128，占用 O(1) 的常数空间。
- char[] s: S.toCharArray() 创建了字符串的一个副本，占用了 O(N) 的空间。