[HOT 100] 1234. 替换子串得到平衡字符串

1. 题目链接

1234. 替换子串得到平衡字符串 - 力扣（LeetCode）

2. 题目描述

有一个只含有 'Q', 'W', 'E', 'R' 四种字符，且长度为 n 的字符串。

假如在该字符串中，这四个字符都恰好出现 n/4 次，那么它就是一个「平衡字符串」。

给你一个这样的字符串 s，请通过「替换一个子串」的方式，使原字符串 s 变成一个「平衡字符串」。

你可以用和「待替换子串」长度相同的 任何 其他字符串来完成替换。

请返回待替换子串的最小可能长度。

如果原字符串自身就是一个平衡字符串，则返回 0。

3. 题目示例

示例 1 :

输入：s = "QWER"
输出：0
解释：s 已经是平衡的了。

示例 2 :

输入：s = "QQWE"
输出：1
解释：我们需要把一个 'Q' 替换成 'R'，这样得到的 "RQWE" (或 "QRWE") 是平衡的。

示例 3 :

输入：s = "QQQW"
输出：2
解释：我们可以把前面的 "QQ" 替换成 "ER"。

示例 4 :

输入：s = "QQQQ"
输出：3
解释：我们可以替换后 3 个 'Q'，使 s = "QWER"。

4. 解题思路

• 字符计数： 首先统计字符串中每个字符 'Q'、'W'、'E' 和 'R' 的出现次数。我们将目标设定为每个字符在字符串中的出现次数应该是 n / 4，其中 n 是字符串的长度。
• 如果已经满足条件： 如果字符串中的每个字符已经平衡（即每个字符的出现次数等于 n / 4），则直接返回 0，表示不需要任何操作。
• 滑动窗口： 如果某些字符的出现次数超过了 n / 4，我们可以通过滑动窗口来找到最小的子串，使得通过替换这个子串中的字符，可以将字符串变为平衡字符串。具体步骤是：
• 使用两个指针 left 和 right 表示当前滑动窗口的左右边界。
• 逐步扩展右指针，更新窗口内各个字符的计数。
• 如果当前窗口内的字符满足平衡条件（即每个字符的出现次数都不超过 n / 4），更新答案为当前窗口的大小。
• 最小替换次数： 最终的结果是滑动窗口中符合条件的最小子串的长度，即为最小的替换次数。

5. 题解代码

class Solution {
    public int balancedString(String S) {
        char[] s = S.toCharArray();  // 将字符串转为字符数组
        int[] cnt = new int['X'];  // 统计字符的出现次数
        for (char c : s)  // 遍历字符串，统计每个字符的次数
            cnt[c]++;
        
        int n = s.length;  // 字符串长度
        int m = n / 4;  // 每个字符应该出现的次数
        
        // 如果每个字符已经满足平衡，直接返回 0
        if (cnt['Q'] == m && cnt['W'] == m && cnt['E'] == m && cnt['R'] == m)
            return 0;
        
        int ans = n;  // 初始化答案为字符串长度
        int left = 0;
        
        // 扩展右指针
        for (int right = 0; right < n; right++) {
            cnt[s[right]]--;  // 更新窗口内的字符计数
            
            // 当窗口内每个字符都满足平衡条件时，收缩窗口
            while (cnt['Q'] <= m && cnt['W'] <= m && cnt['E'] <= m && cnt['R'] <= m) {
                ans = Math.min(ans, right - left + 1);  // 更新最小窗口长度
                cnt[s[left++]]++;  // 移动左指针，收缩窗口
            }
        }
        return ans;  // 返回最小替换次数
    }
}

6. 复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是字符串的长度。右指针遍历整个数组，每个元素最多被左指针和右指针访问一次，因此时间复杂度为线性时间。
• 空间复杂度：O(1)，因为字符计数数组的大小是固定的（大小为 90），空间复杂度是常数级别。