LeetCode 第3题：无重复字符的最长子串

LeetCode 第3题：无重复字符的最长子串

题目描述

给定一个字符串 s ，请你找出其中不含有重复字符的最长子串的长度。

难度

中等

题目链接

https://leetcode.cn/problems/longest-substring-without-repeating-characters/

示例

示例 1：

输入: s = "abcabcbb"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "abc"，所以其长度为 3。

示例 2：

输入: s = "bbbbb"
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "b"，所以其长度为 1。

示例 3：

输入: s = "pwwkew"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "wke"，所以其长度为 3。
     请注意，你的答案必须是 子串 的长度，"pwke" 是一个子序列，不是子串。

提示

• 0 <= s.length <= 5 * 104
• s 由英文字母、数字、符号和空格组成

解题思路

方法一：滑动窗口

这道题可以使用滑动窗口的方法解决。滑动窗口是一种在数组或字符串上使用双指针的技巧，通过移动左右指针形成一个窗口，在窗口内进行操作。

关键点：

1. 使用两个指针（left和right）维护一个滑动窗口
2. 使用HashSet记录窗口内的字符，保证无重复
3. 当遇到重复字符时，移动左指针直到删除重复字符
4. 在移动过程中更新最大长度

具体步骤：

1. 初始化左指针left = 0，右指针right = 0
2. 创建HashSet存储窗口内的字符
3. 移动右指针，将字符加入Set：
   • 如果字符不在Set中，加入Set并更新最大长度
   • 如果字符在Set中，移动左指针并删除字符，直到没有重复
4. 重复步骤3直到右指针到达字符串末尾

时间复杂度：O(n)，其中n是字符串长度

空间复杂度：O(min(m,n))，其中m是字符集大小

方法二：优化的滑动窗口

使用Dictionary/HashMap代替HashSet，存储字符最后出现的位置，可以直接跳转左指针位置，避免一个个删除字符。

代码实现

C# 实现（基本滑动窗口）

public class Solution {
    public int LengthOfLongestSubstring(string s) {
        // 特殊情况处理
        if (string.IsNullOrEmpty(s)) return 0;

        // 创建HashSet存储当前窗口中的字符
        HashSet<char> window = new HashSet<char>();
        int maxLength = 0;
        int left = 0;

        // 右指针遍历字符串
        for (int right = 0; right < s.Length; right++) {
            // 如果发现重复字符，移动左指针直到删除重复字符
            while (window.Contains(s[right])) {
                window.Remove(s[left]);
                left++;
            }

            // 将当前字符加入窗口
            window.Add(s[right]);

            // 更新最大长度
            maxLength = Math.Max(maxLength, right - left + 1);
        }

        return maxLength;
    }
}

C# 实现（优化的滑动窗口）

public class Solution {
    public int LengthOfLongestSubstring(string s) {
        // 特殊情况处理
        if (string.IsNullOrEmpty(s)) return 0;

        // 创建Dictionary存储字符最后出现的位置
        Dictionary<char, int> lastPos = new Dictionary<char, int>();
        int maxLength = 0;
        int left = 0;

        // 右指针遍历字符串
        for (int right = 0; right < s.Length; right++) {
            char currentChar = s[right];

            // 如果字符已存在，直接将左指针移动到重复字符的下一位
            if (lastPos.ContainsKey(currentChar)) {
                left = Math.Max(left, lastPos[currentChar] + 1);
            }

            // 更新字符最后出现的位置
            lastPos[currentChar] = right;

            // 更新最大长度
            maxLength = Math.Max(maxLength, right - left + 1);
        }

        return maxLength;
    }
}

代码详解

基本滑动窗口版本：

1. HashSet<char> window：用于存储当前窗口中的字符，保证无重复
2. while (window.Contains(s[right]))：当发现重复字符时，不断移动左指针并删除字符
3. maxLength = Math.Max(maxLength, right - left + 1)：更新最大长度

优化版本：

1. Dictionary<char, int> lastPos：存储每个字符最后出现的位置
2. left = Math.Max(left, lastPos[currentChar] + 1)：
   • 当发现重复字符时，直接将左指针移动到重复字符上次出现位置的下一位
   • 使用Math.Max是为了防止左指针回退

执行结果

基本滑动窗口版本：

• 执行用时：84 ms
• 内存消耗：39.5 MB

优化版本：

• 执行用时：72 ms
• 内存消耗：39.8 MB

总结与反思

1. 这是一道经典的滑动窗口题目，考察了：
   • 滑动窗口的基本应用
   • 字符串的处理
   • 哈希表的使用
2. 两种实现方式各有优势：
   • 基本版本思路更直观，易于理解
   • 优化版本性能更好，避免了多次移动左指针
3. 关键点：
   • 理解子串和子序列的区别
   • 正确维护滑动窗口
   • 高效处理重复字符

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