编程之法：面试和算法心得（字符串包含java实现）

内容全部来自编程之法：面试和算法心得一书，实现是自己写的使用的是java

题目描述

给定两个分别由字母组成的字符串A和字符串B，字符串B的长度比字符串A短。请问，如何最快地判断字符串B中所有字母是否都在字符串A里？

为了简单起见，我们规定输入的字符串只包含大写英文字母，请实现函数bool StringContains(string &A, string &B)

比如，如果是下面两个字符串：

String 1：ABCD

String 2：BAD

答案是true，即String2里的字母在String1里也都有，或者说String2是String1的真子集。

如果是下面两个字符串：

String 1：ABCD

String 2：BCE

答案是false，因为字符串String2里的E字母不在字符串String1里。

同时，如果string1：ABCD，string 2：AA，同样返回true。

分析与解法

题目描述虽长，但题意很明了，就是给定一长一短的两个字符串A，B，假设A长B短，要求判断B是否包含在字符串A中。

初看似乎简单，但实现起来并不轻松，且如果面试官步步紧逼，一个一个否决你能想到的方法，要你给出更好、最好的方案时，恐怕就要伤不少脑筋了。

解法一

判断string2中的字符是否在string1中?最直观也是最简单的思路是，针对string2中每一个字符，逐个与string1中每个字符比较，看它是否在String1中。

代码可如下编写：

/*
     * 暴力法针对string2中每一个字符，逐个与string1中每个字符比较，看它是否在String1中
     */
    public static boolean stringContain1(String a,String b)
    {
        for(int i=0;i<b.length();i++)
        {
            int judge=0;
            for(int j=0;j<a.length();j++)
            {
                if(b.charAt(i)==a.charAt(j))
                {
                    judge=1;
                    break;
                }
            }
            if(judge==0)
            {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

假设n是字符串String1的长度，m是字符串String2的长度，那么此算法，需要O(n*m)次操作。显然，时间开销太大，应该找到一种更好的办法。

解法二

如果允许排序的话，我们可以考虑下排序。比如可先对这两个字符串的字母进行排序，然后再同时对两个字串依次轮询。两个字串的排序需要(常规情况)O(m log m) + O(n log n)次操作，之后的线性扫描需要O(m+n)次操作。

关于排序方法，可采用最常用的快速排序，参考代码如下：

    /*
     * 思路如下 先对两个字符串字母排序，然后移动a
     * 如果a和b相等则移动b直到b到尾部或者移动中a的字符大于b的字符或者a移动到尾部结束
     */
    public static boolean stringContain2(String a,String b)
    {
        a = sortString(a);
        b = sortString(b);
        for(int i=0,j=0;j<b.length();)
        {
            while(i<a.length()&&a.charAt(i)<b.charAt(j))
            {
                ++i;
            }
            if(i>=a.length()||a.charAt(i)>b.charAt(j))
            {
                return false;
            }
            ++j;
        }
        return true;
    }
    /**
     * 对字符串中的字符进行排序，然后返回排好的字符串
     * @param str
     * @return
     */
    public static String sortString(String str) 
    {
        // TODO Auto-generated method stub
        char [] chs=stringToArray(str);
        sort(chs);
        String ch=arrayToString(chs);
        return ch;
    }
    /*
    * 将数组转成字符串
    * */
    private static String arrayToString(char[] chs)
    {
        // TODO Auto-generated method stub
        return new String(chs);
    }


    /*
     * 对数组进行排序
     * */
    private static void sort(char[] chs) 
    {
        // TODO Auto-generated method stub
        Arrays.sort(chs);
    }
    /*
     * 将字符串转成数组
     * */
    private static char[] stringToArray(String str) 
    {
        // TODO Auto-generated method stub
        return str.toCharArray();
    }

解法三

有没有比快速排序更好的方法呢？

我们换一种角度思考本问题：

假设有一个仅由字母组成字串，让每个字母与一个素数对应，从2开始，往后类推，A对应2，B对应3，C对应5，......。遍历第一个字串，把每个字母对应素数相乘。最终会得到一个整数。

利用上面字母和素数的对应关系，对应第二个字符串中的字母，然后轮询，用每个字母对应的素数除前面得到的整数。如果结果有余数，说明结果为false。如果整个过程中没有余数，则说明第二个字符串是第一个的子集了（判断是不是真子集，可以比较两个字符串对应的素数乘积，若相等则不是真子集）。

思路总结如下：

1. 按照从小到大的顺序，用26个素数分别与字符'A'到'Z'一一对应。
2. 遍历长字符串，求得每个字符对应素数的乘积。
3. 遍历短字符串，判断乘积能否被短字符串中的字符对应的素数整除。
4. 输出结果。

如前所述，算法的时间复杂度为O(m+n)的最好的情况为O(n)（遍历短的字符串的第一个数，与长字符串素数的乘积相除，即出现余数，便可退出程序，返回false），n为长字串的长度，空间复杂度为O(1)。

/*
     * 思路如下 我们把每一个字母对应成一个素数，对字符串a求积，
     * 如果b的各个位都可以整除a的积则为子集否则不是
     * 字符串过长容易溢出
     */
    public static boolean stringContain3(String a,String b)
    {
        int p[] = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59,61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97, 101};
        double temp=1;
        for(int i=0;i<a.length();i++)
        {
            temp = temp*p[(a.charAt(i)-'A')];
        }
        for(int i=0;i<b.length();i++)
        {
            if(temp%p[(b.charAt(i)-'A')]!=0)
            {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

此种素数相乘的方法看似完美，但缺点是素数相乘的结果容易导致整数溢出。

解法四

如果面试官继续追问，还有没有更好的办法呢？计数排序？除了计数排序呢？

事实上，可以先把长字符串a中的所有字符都放入一个Hashtable里，然后轮询短字符串b，看短字符串b的每个字符是否都在Hashtable里，如果都存在，说明长字符串a包含短字符串b，否则，说明不包含。

再进一步，我们可以对字符串A，用位运算（26bit整数表示)计算出一个“签名”，再用B中的字符到A里面进行查找。

/*
     * 思路如下，我们可以创造一个26bit的2进制数
     * 如果哪一位标1表示该位对应的字母存在
     */
    public static boolean stringContain4(String a,String b)
    {
        int hash = 0;
        for (int i = 0; i < a.length(); ++i)
        {
            int temp = 1 <<(a.charAt(i) - 'A');
            int test = 1<<0;
            hash |= temp;
        }
        for (int i = 0; i < b.length(); ++i)
        {
            if ((hash & (1 << (b.charAt(i) - 'A'))) == 0)
            {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    /*
     * 用一个list存储a出现过的字符，然后遍历b
     */
    public static boolean stringContain5(String a,String b)
    {
        List temp = new ArrayList<Character>();
        for (int i = 0; i < a.length(); i++)
        {
            if(temp==null||!temp.contains(a.charAt(i)))
            {
                temp.add(a.charAt(i));
            }
        }
         for (int i = 0; i < b.length(); ++i)
         {
             if(!temp.contains(b.charAt(i)))
             {
                 return false;
             }
         }
         return true;
    }

 主要巧妙的思路是使用位运算制造签名，在许多算法里边其实都有类似的思想。