Problem: 5. 最长回文子串
文章目录
- 整体思路
- 完整代码
- 时空复杂度
- 时间复杂度:O(N^2)
- 空间复杂度:O(1)
整体思路
这段代码旨在解决经典的 “最长回文子串” (Longest Palindromic Substring) 问题。问题要求在一个给定的字符串 S
中,找到一个最长的、内容左右对称的连续子串。
该算法采用了一种非常高效且简洁的 中心扩展 (Expand From Center) 算法。其核心思想是,任何一个回文串,都有一个中心。这个中心可能是一个字符(对于奇数长度的回文串,如 “aba” 的中心是 ‘b’),也可能是两个字符之间的空隙(对于偶数长度的回文串,如 “abba” 的中心在两个 ‘b’ 之间)。
算法的逻辑步骤如下:
-
统一中心处理:
- 该算法最巧妙的一点是,它通过一个
for
循环for (int i = 0; i < 2 * n - 1; i++)
来遍历所有可能的中心。 - 一个长度为
n
的字符串,有n
个单字符中心和n-1
个字符间的中心,总共2n-1
个。 - 通过
l = i / 2
和r = (i + 1) / 2
这两个计算,可以巧妙地将这2n-1
个虚拟中心索引i
映射到字符串的实际索引起点:- 当
i
是偶数时(例如i=4
),l
和r
会相等(l=2, r=2
),这对应一个单字符中心,用于查找奇数长度的回文串。 - 当
i
是奇数时(例如i=5
),r
会比l
大1(l=2, r=3
),这对应一个字符间中心,用于查找偶数长度的回文串。
- 当
- 该算法最巧妙的一点是,它通过一个
-
从中心向两边扩展:
- 对于每一个确定的中心
(l, r)
,算法进入一个while
循环。 - 这个循环同时将左指针
l
向左移动 (l--
) 和右指针r
向右移动 (r++
),并持续检查以下条件:
a. 指针没有越界 (l >= 0 && r < n
)。
b. 两边指针指向的字符相等 (s[l] == s[r]
)。 - 只要这些条件满足,就说明当前
[l, r]
范围内的子串是一个回文串,可以继续尝试扩展。
- 对于每一个确定的中心
-
更新最长回文串记录:
- 当
while
循环因不满足条件而终止时,最后一个有效的回文串是在l
和r
停止移动之前的位置,即[l+1, r-1]
。 - 该回文串的长度为
(r-1) - (l+1) + 1 = r - l - 1
。 - 算法将这个长度与已记录的最长回文串的长度进行比较。如果当前找到的更长,就更新
ansLeft
和ansRight
来记录这个新发现的最长回文串的边界。
- 当
-
返回结果:
- 在遍历完所有
2n-1
个中心后,ansLeft
和ansRight
中存储的就是全局最长回文子串的起始索引(包含)和结束索引(不包含)。 - 最后,使用
S.substring(ansLeft, ansRight)
截取并返回结果。
- 在遍历完所有
完整代码
class Solution {/*** 找到字符串 S 中的最长回文子串。* @param S 输入的字符串* @return 最长的回文子串*/public String longestPalindrome(String S) {// 将字符串转换为字符数组,可以略微提高字符访问效率。char[] s = S.toCharArray();int n = s.length;// ansLeft: 记录最长回文子串的起始索引(包含)。int ansLeft = 0;// ansRight: 记录最长回文子串的结束索引(不包含)。int ansRight = 0;// 核心循环:遍历所有 2n-1 个可能的中心。// i 是一个虚拟的中心索引。for (int i = 0; i < 2 * n - 1; i++) {// 通过 i 计算出中心扩展的起始左右指针。// 如果 i 是偶数, l=r, 对应单字符中心 (奇数长度回文串)。// 如果 i 是奇数, r=l+1, 对应字符间中心 (偶数长度回文串)。int l = i / 2;int r = (i + 1) / 2;// 从中心 (l, r) 向两边扩展,寻找回文串。while (l >= 0 && r < n && s[l] == s[r]) {l--;r++;}// 循环结束后,最后一个有效回文串的边界是 [l+1, r-1]。// 其长度为 (r-1) - (l+1) + 1 = r - l - 1。// 当前记录的最长长度为 ansRight - ansLeft。if (r - l - 1 > ansRight - ansLeft) {// 如果找到了更长的回文串,则更新记录。// 新的起始索引是 l+1。ansLeft = l + 1;// 新的结束索引(不包含)是 r。ansRight = r;}}// 根据记录的边界,从原始字符串 S 中截取最长回文子串。return S.substring(ansLeft, ansRight);}
}
时空复杂度
时间复杂度:O(N^2)
- 外层循环:
for (int i = 0; i < 2 * n - 1; i++)
遍历了2n-1
次,其复杂度为 O(N)。 - 内层循环:
while (...)
循环是从每个中心向外扩展。在最坏的情况下(例如,字符串本身就是一个大回文串 “aaaaa…”),从中心开始的扩展可能会一直延伸到字符串的两端。每次扩展的操作数最多是N/2
次(向左N/2
,向右N/2
)。因此,内层循环的复杂度是 O(N)。 - 综合分析:
总的时间复杂度是外层循环和内层循环复杂度的乘积。即O(N) * O(N)
= O(N^2)。
空间复杂度:O(1)
- 主要存储开销:算法的核心逻辑只使用了固定数量的整型变量(
n
,ansLeft
,ansRight
,i
,l
,r
)来存储指针和结果边界。 toCharArray()
:char[] s = S.toCharArray();
创建了字符串的一个副本,占用了 O(N) 的空间。然而,在标准的算法复杂度分析中,这种对输入的表示转换通常不被计入额外辅助空间(auxiliary space),因为核心算法本身(指针操作)并不需要这部分空间(可以直接使用S.charAt()
)。- 综合分析:
如果我们只考虑算法逻辑本身所需的额外空间,那么空间复杂度为 O(1)。