模拟算法总结（Java）-编程知识

模拟算法概述

练习

练习1：替换所有的问号

练习2：提莫攻击

练习3：Z字形变换

模拟算法概述

模拟：根据题目要求的实现过程进行编程模拟，即题目要求什么就实现什么

解决这类题目，需要：

1. 根据题目要求模拟算法流程

2. 将算法流程转换为代码

接下来，我们以几道练习来进一步理解和掌握模拟算法

练习

练习1：替换所有的问号

题目链接：

1576. 替换所有的问号 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

给你一个仅包含小写英文字母和 '?' 字符的字符串 s，请你将所有的 '?' 转换为若干小写字母，使最终的字符串不包含任何 连续重复 的字符。

注意：你不能修改非 '?' 字符。

题目测试用例保证除 '?' 字符之外，不存在连续重复的字符。

在完成所有转换（可能无需转换）后返回最终的字符串。如果有多个解决方案，请返回其中任何一个。可以证明，在给定的约束条件下，答案总是存在的。

示例 1：

输入：s = "?zs"
输出："azs"
解释：该示例共有 25 种解决方案，从 "azs" 到 "yzs" 都是符合题目要求的。只有 "z" 是无效的修改，因为字符串 "zzs" 中有连续重复的两个 'z' 。

示例 2：

输入：s = "ubv?w"
输出："ubvaw"
解释：该示例共有 24 种解决方案，只有替换成 "v" 和 "w" 不符合题目要求。因为 "ubvvw" 和 "ubvww" 都包含连续重复的字符。

提示：

1 <= s.length <= 100
s 仅包含小写英文字母和 '?' 字符

思路分析：题目要求我们将所有的?替换为小写字母，且不包含连续重复的字符，我们按照题目要求进行替换即可

接下来，我们模拟替换过程：

当?出现在第一位时，只需判断所替换的字符是否与后一位相同，因此，我们使用for循环，当所替换的字符不与后一位相同时，即可将?替换为该字符

当?出现在中间时，需要判断所替换的字符是否与其前后字符相同，当所替换的字符不与前后字符相同时，即可替换

当?出现在最后一位时，只需判断所替换的字符是否与前一位相同，当不相同时，即可替换
代码实现：

class Solution {public String modifyString(String s) {char[] chs = s.toCharArray();int len = chs.length;for(int i = 0; i < len; i++){if(chs[i] == '?'){//当出现?，进行替换for(char ch = 'a'; ch <= 'z'; ch++){if((i == 0 || ch != chs[i-1]) && (i == len - 1 || ch != chs[i+1])){//注意处理?出现在第一位或最后一位的情况chs[i] = ch;break;}}}}return new String(chs);}
}

练习2：提莫攻击

题目链接：

495. 提莫攻击 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

在《英雄联盟》的世界中，有一个叫 “提莫” 的英雄。他的攻击可以让敌方英雄艾希（编者注：寒冰射手）进入中毒状态。

当提莫攻击艾希，艾希的中毒状态正好持续 duration 秒。

正式地讲，提莫在 t 发起攻击意味着艾希在时间区间 [t, t + duration - 1]（含 t 和 t + duration - 1）处于中毒状态。如果提莫在中毒影响结束前再次攻击，中毒状态计时器将会重置，在新的攻击之后，中毒影响将会在 duration 秒后结束。

给你一个 非递减 的整数数组 timeSeries ，其中 timeSeries[i] 表示提莫在 timeSeries[i] 秒时对艾希发起攻击，以及一个表示中毒持续时间的整数 duration 。

返回艾希处于中毒状态的总秒数。

示例 1：

输入：timeSeries = [1,4], duration = 2
输出：4
解释：提莫攻击对艾希的影响如下：
- 第 1 秒，提莫攻击艾希并使其立即中毒。中毒状态会维持 2 秒，即第 1 秒和第 2 秒。
- 第 4 秒，提莫再次攻击艾希，艾希中毒状态又持续 2 秒，即第 4 秒和第 5 秒。
艾希在第 1、2、4、5 秒处于中毒状态，所以总中毒秒数是 4 。

示例 2：

输入：timeSeries = [1,2], duration = 2
输出：3
解释：提莫攻击对艾希的影响如下：
- 第 1 秒，提莫攻击艾希并使其立即中毒。中毒状态会维持 2 秒，即第 1 秒和第 2 秒。
- 第 2 秒，提莫再次攻击艾希，并重置中毒计时器，艾希中毒状态需要持续 2 秒，即第 2 秒和第 3 秒。
艾希在第 1、2、3 秒处于中毒状态，所以总中毒秒数是 3 。

提示：

1 <= timeSeries.length <= 104
0 <= timeSeries[i], duration <= 107
timeSeries 按 非递减 顺序排列

思路分析：在t时刻发起攻击后，进入中毒状态，duration 时间后解除，而在 duration 时间内又发起攻击，则在发起攻击时刻重新计时，过程如下图所示：

我们可以计算出两次攻击的间隔时间：d = t2 - t1

当d >= duration时，在两次攻击间隔内，中毒时间为duration

当d < duration时，在两次攻击时间间隔内，中毒时间为d

因此，我们只需要计算出相邻两次攻击的间隔时间，再计算出中毒时间，最后求出中毒时间总和，即可求出中毒总时间

注：在最后一次攻击后，也有一段中毒时间

代码实现：

class Solution {public int findPoisonedDuration(int[] timeSeries, int duration) {if(timeSeries.length <= 1) return duration;//当只有一次攻击时，直接返回durationint sum = 0;for(int i = 0; i < timeSeries.length - 1; i++){int d = timeSeries[i+1] - timeSeries[i];if(d >= duration) sum += duration;else sum += d;}sum += duration;//最后一次攻击后的中毒时间return sum;}
}

练习3：Z字形变换

题目链接：

6. Z 字形变换 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

将一个给定字符串 s 根据给定的行数 numRows ，以从上往下、从左到右进行 Z 字形排列。

比如输入字符串为 "PAYPALISHIRING" 行数为 3 时，排列如下：

P   A   H   N
A P L S I I G
Y   I   R

之后，你的输出需要从左往右逐行读取，产生出一个新的字符串，比如："PAHNAPLSIIGYIR"。

请你实现这个将字符串进行指定行数变换的函数：

string convert(string s, int numRows);

示例 1：

输入：s = "PAYPALISHIRING", numRows = 3
输出："PAHNAPLSIIGYIR"

示例 2：

输入：s = "PAYPALISHIRING", numRows = 4
输出："PINALSIGYAHRPI"
解释：
P     I    N
A   L S  I G
Y A   H R
P     I

示例 3：

输入：s = "A", numRows = 1
输出："A"

提示：

1 <= s.length <= 1000
s 由英文字母（小写和大写）、',' 和 '.' 组成
1 <= numRows <= 1000

思路分析：

我们以题目示例为例，来进行一次变换：

此时，先从上往下，再从左下往右上，再从上往下... 将字符串变换成了"Z"字形，也类似于"N"

我们首先按题目要求进行变换，要进行从上往下，再从坐下往右上的变换，因此我们需要一个矩阵，所有我们可以创建一个二维数组

我们从第0行开始，向下填写：

设当前为（x, y），向下填写：（x+1, y），直到填写到numRow - 1行

接下来，从左下到右上开始填写：

从（x, y）开始，向右上填写：(x + 1, y - 1)，直到填写到第0行

...

一直填写直到最后一个字符，然后再从左到右，从上到下读取所有字符

如何判断是向下填写还是向右上填写？

我们可以使用变量flag进行标记，当x为0 或x为numRow时，就改变转向，即flag = -flag，当flag为1时，就向下填写；而当flag为-1时，就向右上填写

代码实现：

class Solution {public String convert(String s, int numRows) {if(numRows == 1) return s;//当间隔为1时，变换后仍为原字符串，直接返回即可char[] chs = s.toCharArray();char[][] arr = new char[numRows][chs.length];//直接将列数设置为字符串长度即可int x = 0, y = 0;int flag = -1;//标记转向for(int i = 0; i < chs.length; i++){if(x == 0 || x == numRows - 1){//当处于第一行和最后一行时，改变转向flag = -flag;}arr[x][y] = chs[i];if(flag == 1){//向下填写x++;}else{//向右上填写x--;y++;}}StringBuilder ret = new StringBuilder();for(int i = 0; i < arr.length; i++){//遍历数组，从左到右，从上到下，将数组中的字符拼接for(int j = 0; j < arr[0].length; j++){if(arr[i][j] != 0){ret.append(arr[i][j]);}}}return ret.toString();}
}

通过观察变换后的字形我们可以发现：变换后的字形具有周期性，因此我们可以寻找其中的变换规律，从而直接得出变换后的字符串

第一行与最后一行类似，我们以第一行为例，来观察其中的规律：

设第一行两个字符之间的间隔为 d，为了更方便观察规律，我们以下标来标识每一个字符：

当numRow为4时，d为6，而间隔d，其实就是从0到6（不包括6）的字符个数，因此，我们只需求出从x1 到 x2的字符个数，即可求出d

如何求出字符个数？

我们将中间的字符都移动到第二列：

即可发现当移动到第二列后，第二列只缺少第一个和最后一个元素，因此 d = 2*numRow - 2

则第一行元素为：0，0 +d，0 + 2*d，0 + 3*d，... 0 + n*d

最后一行元素为：numRow - 1，numRow - 1 + d，numRow - 1 + 2*d，...numRow - 1 + n*d

接下来，我们寻找中间元素（第i行）的变换规律：

我们可以发现：第i行的两个字符下标和为d

因此，第i行元素为：i，d - i，i + d，d - i + d... i + n*d，d - i + n*d

由上述规律，我们即可直接找到每一行的字符

注：当numRow为1时，d = 0，此时第一行元素始终为0，陷入死循环，因此要特殊处理该情况

代码实现：

class Solution {public String convert(String s, int numRows) {if(numRows <= 1) return s;//处理特殊情况int d = numRows*2 - 2;//间隔dint n = s.length();StringBuilder ret = new StringBuilder();for(int i = 0; i < n; i+= d){//添加第一行字符ret.append(s.charAt(i));}for(int row = 1; row < numRows - 1; row++){//添加中间行字符for(int i = row, j = d - row; i < n || j < n; i += d, j += d){if(i < n) ret.append(s.charAt(i));if(j < n) ret.append(s.charAt(j));}}for(int i = numRows - 1; i < n; i += d){//添加最后一行字符ret.append(s.charAt(i));}return ret.toString();}
}