6.4 模拟专题：LeetCode1419.数青蛙

1.题目链接：数青蛙 - LeetCode

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2.题目描述

给定一个字符串 croakOfFrogs，表示青蛙的鸣叫声序列。每个青蛙必须按顺序发出完整的 “croak” 字符，且多只青蛙可以同时鸣叫。要求计算最少需要多少只青蛙才能完成该字符串，若无法完成则返回 -1。

示例：
输入："croakcroak"，输出：1（一只青蛙可重复鸣叫两次）。

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3.示例分析

以输入 "crcoakroak" 为例，分析过程如下：

1. 第一个 ‘c’ 开始，对应青蛙1。
2. 遇到第二个 ‘c’ 时，没有已完成的青蛙（此时青蛙1未完成），需新增青蛙2。
3. 最终青蛙1和青蛙2交替完成各自的 “croak”，最终需要2只青蛙。

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4.算法思路

核心思想

通过状态哈希表跟踪每个字符的状态，确保字符顺序合法，并复用已完成鸣叫的青蛙。

具体步骤

1. 状态定义：使用数组 hash 记录每个字符（‘c’,‘r’,‘o’,‘a’,‘k’）的出现次数。
2. 字符处理：
   • 遇到 ‘c’ 时，优先复用已完成鸣叫的青蛙（hash[4] > 0）。
   • 遇到其他字符时，必须存在前一个字符的状态（如 ‘r’ 前必须有 ‘c’）。
3. 状态转移：每个字符处理时，减少前驱字符计数，增加当前字符计数。
4. 结果验证：最终所有中间状态（‘c’,‘r’,‘o’,‘a’）必须清零，hash[4] 的值即为最少青蛙数。

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5.边界条件与注意事项

1. 非法顺序：若字符出现时其前驱状态不存在（如直接出现 ‘r’ 而无 ‘c’），返回 -1。
2. 未完成状态：遍历结束后若中间状态未清零，说明存在未完成的鸣叫，返回 -1。
3. 首字符处理：遇到 ‘c’ 时若无可复用青蛙，需新增计数。

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6.代码实现

class Solution {
public:
    int minNumberOfFrogs(string croakOfFrogs) {
        string base = "croak";
        int n = base.size();
        vector<int> hash(n, 0); // 记录各字符的状态数
        unordered_map<char, int> index; // 字符到索引的映射
        
        for (int i = 0; i < n; ++i) 
            index[base[i]] = i;
        
        for (char ch : croakOfFrogs) {
            int idx = index[ch];
            if (ch == 'c') {
                // 复用已完成鸣叫的青蛙
                if (hash[n-1] > 0) hash[n-1]--;
                hash[0]++;
            } else {
                // 检查前驱状态是否存在
                if (hash[idx-1] == 0) return -1;
                hash[idx-1]--;
                hash[idx]++;
            }
        }
        
        // 验证中间状态是否清零
        for (int i = 0; i < n-1; ++i) {
            if (hash[i] != 0) return -1;
        }
        return hash[n-1];
    }
};

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7.总结

本算法通过维护字符状态哈希表，实现了对青蛙鸣叫过程的精准模拟，时间复杂度为 O(n)，空间复杂度 O(1)。关键在于复用青蛙和严格的状态转移检查，确保算法的效率与正确性。