2021-9-9 316. 去除重复字母(单调栈+哈希表)

注:

题目:
给你一个字符串 s ,请你去除字符串中重复的字母,使得每个字母只出现一次。需保证返回结果的字典序最小(要求不能打乱其他字符的相对位置)。

示例 1:
输入:s = “bcabc”
输出:“abc”
示例 2:
输入:s = “cbacdcbc”
输出:“acdb”

提示:
1 <= s.length <= 104
s 由小写英文字母组成

题解:
思路与算法
首先考虑一个简单的问题:给定一个字符串 s,如何去掉其中的一个字符 ch,使得得到的字符串字典序最小呢?答案是:找出最小的满足 s[i]>s[i+1] 的下标 i,并去除字符 s[i]。为了叙述方便,下文中称这样的字符为「关键字符」。

我们从前向后扫描原字符串。每扫描到一个位置,我们就尽可能地处理所有的「关键字符」。假定在扫描位置 s[i−1] 之前的所有「关键字符」都已经被去除完毕,在扫描字符 s[i] 时,新出现的「关键字符」只可能出现在 s[i] 或者其后面的位置。

于是,我们使用单调栈来维护去除「关键字符」后得到的字符串,单调栈满足栈底到栈顶的字符递增。如果栈顶字符大于当前字符 s[i],说明栈顶字符为「关键字符」,故应当被去除。去除后,新的栈顶字符就与 s[i] 相邻了,我们继续比较新的栈顶字符与 s[i] 的大小。重复上述操作,直到栈为空或者栈顶字符不大于 s[i]。

我们还遗漏了一个要求:原字符串 s 中的每个字符都需要出现在新字符串中,且只能出现一次。为了让新字符串满足该要求,之前讨论的算法需要进行以下两点的更改。

  • 在考虑字符 s[i] 时,如果它已经存在于栈中,则不能加入字符 s[i]。为此,需要记录每个字符是否出现在栈中。

  • 在弹出栈顶字符时,如果字符串在后面的位置上再也没有这一字符,则不能弹出栈顶字符。为此,需要记录每个字符的剩余数量,当这个值为 00 时,就不能弹出栈顶字符了。

复杂度分析
时间复杂度:O(N),其中 N 为字符串长度。代码中虽然有双重循环,但是每个字符至多只会入栈、出栈各一次。

空间复杂度:O(∣Σ∣),其中 Σ 为字符集合,本题中字符均为小写字母,所以∣Σ∣=26。由于栈中的字符不能重复,因此栈中最多只能有 ∣Σ∣ 个字符,另外需要维护两个数组,分别记录每个字符是否出现在栈中以及每个字符的剩余数量。

class Solution {
public:
    string removeDuplicateLetters(string s) {
        //记录每个字母出现的频率
        map<char,int> freq;
        //单调栈
        stack<char> charstk;
        //记录栈中是否存在这个字母
        set<char> instack;
        string result;
        for(auto c:s){
            freq[c]++;
        }
        for(char c:s){
            freq[c]--;
            //如果栈中已经有该字母,则直接跳过
            if(instack.count(c)){
                continue;
            }
            //如果栈不为空,且栈顶元素大于当前元素,且序列中还包括其他的栈顶元素,则弹出
            while(!charstk.empty()&&c<charstk.top()&&freq[charstk.top()]>0){
                instack.erase(charstk.top());
                charstk.pop();
            }
            charstk.push(c);
            instack.insert(c);
        }
        while(!charstk.empty()){
            result+=charstk.top();
            charstk.pop();
        }
        reverse(result.begin(),result.end());
        return result;

    }
};
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