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LeetCode 424 - 替换后的最长重复字符

news 2025/11/15 10:14:24

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文章目录

- 摘要
- 描述
- 题解答案
- 题解代码分析
- - 代码解析
- 示例测试及结果
- 时间复杂度
- 空间复杂度
- 总结

摘要

这道题《LeetCode 424. 替换后的最长重复字符》属于典型的滑动窗口题目，同时也考验我们对字符串区间内特征值的理解。题目要求在最多替换 k 次字符的前提下，找到最长的一段“重复字符子串”。
虽然描述看起来有点拗口，但它本质上是在问：
在一个窗口中，如果我们把最多 k 个字符替换成某一个字符，窗口能达到的最大长度是多少？
这个问题在日志分析、字符串纠错、甚至简单压缩算法中都有类似逻辑，实际应用还挺广的。

描述

给定一个由大写英文字母组成的字符串 s，我们可以最多执行 k 次替换操作，每次可将任意字符替换成任意大写英文字母。目标是得到一个最长的子串，这个子串的所有字符最终都一样。

举个例子：
s = "ABAB", k = 2，我们可以把两个 A 都改成 B，也可以反过来，把两个 B 改成 A。
最长的重复子串长度是 4。

再比如：
s = "AABABBA", k = 1，通过把中间一个 A 改成 B，我们能得到最长重复子串 BBBB，长度是 4。

这个题的关键点不是“具体替换成什么”，而是“窗口中最大相同字母数量和窗口长度的关系”。

题解答案

最佳做法是使用滑动窗口，并且窗口是不断向右扩张的，同时控制窗口是否可行。

核心判断条件是：
窗口长度 - 窗口内出现次数最多的字符数量 ≤ k
只要满足这个条件，窗口就是合法的，因为我们最多只需要替换 k 个字符，就能把整个窗口变成一种字符。

这里有一个非常关键的技巧：
窗口内“出现次数最多的字符数量”不需要准确更新，也不需要在窗口缩小时同步减少。
只要保持它是当前出现过的最大值即可（这个值是单调不减的）。
实际验证时完全成立，会让整个算法线性化。

题解代码分析

下面是完整可运行的 Swift 版本：

import Foundationclass Solution {func characterReplacement(_ s: String, _ k: Int) -> Int {let chars = Array(s)var freq = [Int](repeating: 0, count: 26)var left = 0var maxCount = 0   // 窗口内出现最多的字符次数var result = 0for right in 0..<chars.count {let index = Int(chars[right].asciiValue! - Character("A").asciiValue!)freq[index] += 1maxCount = max(maxCount, freq[index])// 如果窗口不合法，则收缩while (right - left + 1) - maxCount > k {let leftIndex = Int(chars[left].asciiValue! - Character("A").asciiValue!)freq[leftIndex] -= 1left += 1}result = max(result, right - left + 1)}return result}
}// Demo 测试
let s = Solution()
print("测试1：", s.characterReplacement("ABAB", 2))     // 4
print("测试2：", s.characterReplacement("AABABBA", 1))  // 4

代码解析

整个逻辑分成几块：

字符数组
将字符串转成数组能提升访问效率，同时方便根据 ASCII 做计数。
频率数组 freq
用 26 长度的数组存每个字母的出现次数。
因为只有大写字母，不需要用哈希表。
滑动窗口左右边界
right 一直向右移动，而 left 在窗口非法时向右缩小窗口。
maxCount 的意义
- 在窗口内出现最多的字符出现了 maxCount 次
- 如果窗口长度比 maxCount 大太多，就说明需要替换的字符数太多
- 超过 k 时必须移动 left
注意：maxCount 不会减少，这个行为是故意的，它保证 O(n) 运行。
每次更新 result
当前窗口长度就是一个可能的答案。