LC 451. 根据字符出现频率排序

题目描述

这是 LeetCode 上的 451. 根据字符出现频率排序 ，难度为 中等。

给定一个字符串，请将字符串里的字符按照出现的频率降序排列。

示例 1:

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输入:
"tree"

输出:
"eert"

解释:
'e'出现两次，'r'和't'都只出现一次。
因此'e'必须出现在'r'和't'之前。此外，"eetr"也是一个有效的答案。

示例 2:
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输入:
"cccaaa"

输出:
"cccaaa"

解释:
'c'和'a'都出现三次。此外，"aaaccc"也是有效的答案。
注意"cacaca"是不正确的，因为相同的字母必须放在一起。

示例 3:
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输入:
"Aabb"

输出:

"bbAa"

解释:
此外，"bbaA"也是一个有效的答案，但"Aabb"是不正确的。
注意'A'和'a'被认为是两种不同的字符。

提示:

  • $1 <= s.length <= 5 \times 10^5$
  • s 由大小写英文字母和数字组成

数据结构 + 模拟

这是一道考察数据结构运用的模拟题。

具体做法如下：

  1. 先使用「哈希表」对词频进行统计；
  2. 遍历统计好词频的哈希表，将每个键值对以 {字符,词频} 的形式存储到「优先队列（堆）」中。并规定「优先队列（堆）」排序逻辑为：
    • 如果 词频 不同，则按照 词频 倒序；
    • 如果 词频 相同，则根据 字符字典序 升序（由于本题采用 Special Judge 机制，这个排序策略随意调整也可以。但通常为了确保排序逻辑满足「全序关系」，这个地方可以写正写反，但理论上不能不写，否则不能确保每次排序结果相同）；
  3. 从「优先队列（堆）」依次弹出，构造答案。

代码：

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class Solution {
    public String frequencySort(String s) {
        char[] cs = s.toCharArray();
        Map<Character, Integer> map = new HashMap<>();
        for (char c : cs) map.put(c, map.getOrDefault(c, 0) + 1);
        PriorityQueue<int[]> q = new PriorityQueue<>((a,b)->{
            return a[1] != b[1] ? b[1] - a[1] : a[0] - b[0];
        });
        for (char c : map.keySet()) q.add(new int[]{c, map.get(c)});
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while (!q.isEmpty()) {
            int[] poll = q.poll();
            int c = poll[0], k = poll[1];
            while (k-- > 0) sb.append((char)(c));
        }
        return sb.toString();
    }
}

  • 时间复杂度：令字符集的大小为 $C$。使用「哈希表」统计词频的复杂度为 $O(n)$；最坏情况下字符集中的所有字符都有出现，最多有 $C$ 个节点要添加到「优先队列（堆）」中，复杂度为 $O(C\log{C})$；构造答案需要从「优先队列（堆）」中取出元素并拼接，复杂度为 $O(n)$。整体复杂度为 $O(\max(n, C\log{C}))$
  • 空间复杂度：$O(n)$

数组实现 + 模拟

基本思路不变，将上述过程所用到的数据结构使用数组替代。

具体的，利用 ASCII 字符集共 $128$ 位，预先建立一个大小为 $128$ 的数组，利用「桶排序」的思路替代「哈希表」和「优先队列（堆）」的作用。

代码：

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class Solution {   
    public String frequencySort(String s) {
        int[][] cnts = new int[128][2];
        char[] cs = s.toCharArray();
        for (int i = 0; i < 128; i++) cnts[i][0] = i;
        for (char c : cs) cnts[c][1]++;
        Arrays.sort(cnts, (a, b)->{
            return a[1] != b[1] ? b[1] - a[1] : a[0] - b[0];
        });
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < 128; i++) {
            char c = (char)cnts[i][0];
            int k = cnts[i][1];
            while (k-- > 0) sb.append(c);
        }
        return sb.toString();
    }
}

  • 时间复杂度：令字符集的大小为 $C$，复杂度为 $O(\max(n, C\log{C}))$
  • 空间复杂度：$O(n + C + \log{C})$

最后

这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.451 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，部分是有锁题，我们将先把所有不带锁的题目刷完。

在这个系列文章里面，除了讲解解题思路以外，还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。

为了方便各位同学能够电脑上进行调试和提交代码，我建立了相关的仓库：https://github.com/SharingSource/LogicStack-LeetCode 。

在仓库地址里，你可以看到系列文章的题解链接、系列文章的相应代码、LeetCode 原题链接和其他优选题解。