有没有办法比 O(n) 更快地反转字符串？

Question

我有以下代码，使用参数-Xmx<1024M> 运行需要超过 5 秒。

我知道for 循环需要O(q) 时间，reverse() 和toString() 分别需要O(n) 时间。

有没有办法在少于O(n) 的时间内反转字符串？还是有其他东西减慢了代码速度？欢迎任何帮助！

class Main {
  public static void main(String[] args){
    String s = "a";
    String qa = "200000";
    int q = Integer.parseInt(qa);
    String[] t = new String[q];
    for(int i = 0; i < q; i++) {
      if(i%2==0) {t[i] = "2 1 x";}
      if(i%2==1) {t[i] = "1";}
      if(t[i].toCharArray()[0] == '1') {
        StringBuilder rev = new StringBuilder(s).reverse();
        s = rev.toString();
      } else {
        char letter = t[i].toCharArray()[4];
        if(t[i].toCharArray()[2] == '1') {
          s = letter + s;
        } else {
          s = s + letter;
        }
      }
    }
    System.out.println(s);
  }
}

Answer 1

有没有办法在少于 O(n) 的时间内反转字符串？或者是其他什么东西减慢了代码速度？

没有办法在少于 O(n) 的时间内反转字符串：产生大小为 n 的输出的程序至少需要 o(n) 时间。

您的代码有很多不必要的操作会减慢程序的速度。该程序生成 50000 个字母 x，然后是一个字母 a，然后是另外 50000 个字母 x。这是同一程序的更快（并且更容易理解）的实现。

class Faster {
    public static void main(String[] args) {

        String hundredXs = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx";

        for (int i = 0; i < 500; i++)
            System.out.print(hundredXs);

        System.out.print("a");

        for (int i = 0; i < 500; i++)
            System.out.print(hundredXs);

        System.out.println();
    }
}

Answer 2

不管它应该做什么（我不知道），我发现了以下问题：

• 在每次迭代中多次实例化StringBuilder。
• 使用+ 运算符连接字符串。
• 重复使用Sring::toCharArray（参见第二个解决方案）

您将直接使用StringBuilder 的一个实例获得更快的结果：

String s = "a";
String qa = "200000";
int q = Integer.parseInt(qa);
String[] t = new String[q];
StringBuilder sb = new StringBuilder(s);       // Instantiate before the loop
for (int i = 0; i < q; i++) {
    if(i%2==0) {t[i] = "2 1 x";}
    if(i%2==1) {t[i] = "1";}
    if(t[i].toCharArray()[0] == '1') {
        sb.reverse();                          // all you did here is just reversing 's'
    } else {
        char letter = t[i].toCharArray()[4];
        if(t[i].toCharArray()[2] == '1') {
            sb.insert(0, letter);              // prepend a letter
        } else {
            sb.append(letter);                 // append a letter
        }
    }
}

另一件事是您多次定义一个字符串，例如t[i] = "2 1 x";，然后与t[i].toCharArray()[0] 进行比较。预定义这些不可变值并使用 char[][] 也应该有所帮助：

String s = "a";
String qa = "200000";
int q = Integer.parseInt(qa);
char[][] t = new char[q][];                    // char[][] instead of String[]
char[] char21x = new char[]{'2', '1', 'x'};    // predefined array
char[] char1 = new char[]{'1'};                // another predefined array
StringBuilder sb = new StringBuilder(s);       // Instantiate before the loop
for (int i = 0; i < q; i++) {
    if(i%2==0) {t[i] = char21x;}     // first reuse
    if(i%2==1) {t[i] = char1;}       // second reuse
    if(t[i][0] == '1') {             // instead of String::toCharArray, mind the indices
        sb.reverse();                // all you did here is just reversing 's'
    } else {
        char letter = t[i][2];       // instead of String::toCharArray, mind the indices
        if(t[i][1] == '1') {
            sb.insert(0, letter);    // prepend a letter
        } else {
            sb.append(letter);       // append a letter
        }
    }
}

编辑：我已经在我的笔记本电脑上使用System.currentTimeMillis() 的差异以最简单的方式测试了解决方案：

• 原解决方案：7.658、6.899 和 7.046 秒
• 第二个解决方案：3.288、3.691 和 3.158 秒
• 第三种解决方案：2.717、2.966 和 2.717 秒

结论：我认为在计算复杂度方面没有办法改进算法本身，但是，使用正确的方法来处理字符串有助于将时间复杂度降低 2-3 倍（在我的案例）。

一般建议：您可以在循环之前实例化和定义什么，在循环之前执行。