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leetcode — 402. 移掉 K 位数字

2021-08-02 12:06:44 作者：互联网

给你一个以字符串表示的非负整数 num 和一个整数 k ，移除这个数中的 k 位数字，使得剩下的数字最小。请你以字符串形式返回这个最小的数字。

示例 1 ：

输入：num = "1432219", k = 3
输出："1219"
解释：移除掉三个数字 4, 3, 和 2 形成一个新的最小的数字 1219 。

示例 2 ：

输入：num = "10200", k = 1
输出："200"
解释：移掉首位的 1 剩下的数字为 200. 注意输出不能有任何前导零。

示例 3 ：

输入：num = "10", k = 2
输出："0"
解释：从原数字移除所有的数字，剩余为空就是 0 。

提示：

1 <= k <= num.length <= 10^5
num 仅由若干位数字（0 - 9）组成
除了 0 本身之外，num 不含任何前导零

题意：给出一个整数，从该整数中去掉 k 个数字，要求剩下的数字形成新的整数尽可能小。应该如何选取被去掉的数字？

其中整数的长度大于或等于 k，给出的整数的大小可以超过 long 类型的数字范围。

问题简化：如果只删除其中的一个数字，即 k = 1，如何让新整数值最小？
- 不仅要考虑数字本身的大小，也要考虑位置的影响。—— 一个整数的最高位减少1，对数值的影响也非常大。
- 以 541 270 936 为例，去掉一个数之后的结果为从9位整数变为8位整数。—— 既然同样是8位整数，显然应该优先把高位的数字降低，这样对新数值的影响最大。
如何把高位的数字降低？
- 把原整数的所有数字从左向右进行比较。如果发现某一位数字大于它右面的数字，那么在删除该数字后，必然会使该数位的值降低，因为右方的比它小的数字顶替了它的位置。
依次求得局部最优解，最终得到全局最优阶的思想，即贪心算法。

对于两个相同长度的数字序列，最左边不同的数字决定了这两个数字的大小。

例如，对于 A = 1axxx，B = 1bxxx，如果 a > b则 A > B。
基于此，若要使得剩下的数字最小，需要保证靠前的数字尽可能小。

e.g. 给定一个数字序列，例如 425，如果要求只删除一个数字，那么从左到右，有 4、2 和 5 三个选择。将每一个数字和它的左邻居进行比较。从 2 开始，2 小于它的左邻居 4。假设保留数字 4，那么所有可能的组合都是以数字 4（即 42，45）开头的。相反，如果移掉 4，留下 2，得到的是以 2 开头的组合（即 25），明显小于任何留下数字 4 的组合。因此应该移掉数字 4。如果不移掉数字 4，之后无论移掉什么数字，都不会得到最小数。

基于上述分析，可以得出「删除一个数字」的贪心策略：

给定一个长度为 n 的数字序列 $[D_0D_1D_2D_3\ldots D_{n-1}]$ ，从左往右找到第一个位置 i（i>0）使得 $D_i<D_{i-1}$ ，并删去 $D_{i-1}$ ；如果不存在，说明整个数字序列单调不降，删去最后一个数字即可。
基于此，可以每次对整个数字序列执行一次这个策略；删去一个字符后，剩下的 n−1 长度的数字序列就形成了新的子问题，可以继续使用同样的策略，直至删除 k 次。
暴力的实现复杂度最差会达到 O(nk)（考虑整个数字序列是单调不降的），需要加速这个过程。

考虑从左往右增量的构造最后的答案。可以用一个栈维护当前的答案序列，栈中的元素代表截止到当前位置，删除不超过 k 次个数字后所能得到的最小整数。根据之前的讨论：在使用 k 个删除次数之前，栈中的序列从栈底到栈顶单调不降。

对于每个数字，如果该数字小于栈顶元素，就不断地弹出栈顶元素，直到

栈为空

或者新的栈顶元素不大于当前数字

或者已经删除了 k 位数字

上述步骤结束后还需要针对一些情况做额外的处理：
如果删除了 m 个数字且 m<k，这种情况需要从序列尾部删除额外的 k−m 个数字。
如果最终的数字序列存在前导零，要删去前导零。
如果最终数字序列为空，应该返回 0。
最终从栈底到栈顶的答案序列即为最小数。
考虑到栈的特点是后进先出，如果通过栈实现，则需要将栈内元素依次弹出然后进行翻转才能得到最小数。为了避免翻转操作，可以使用双端队列代替栈的实现。

时间复杂度：O(n)，其中 n 为字符串的长度。尽管存在嵌套循环，但内部循环最多运行 k 次。由于 0<k≤n，主循环的时间复杂度被限制在 2n 以内。对于主循环之外的逻辑，时间复杂度是 O(n)，因此总时间复杂度为 O(n)。

空间复杂度：O(n)。栈存储数字需要线性的空间。

最原始思路实现：降低最高位的数值。

使用双层循环，外层循环次数为要删除的数字个数k，内层循环从左向右比哪里所有数字。当遍历到需要删除的数字时，利用字符串的substring方法把对用的数字删除，并重新拼接字符串。— O(n*k)
性能问题
- 每一次内层循环都需要从头开始遍历所有数字。— 停留在上一次删除的位置继续进行比较；
- subString() 方法本身性能不高。—— 底层实现设计新字符串的创建，以及逐个字符的复制，该方法的自身时间复杂度为 O(n)。—— 应避免每删除一个数字后就调用subString()。

import java.util.*;

// 移除K位数字，使得剩下的数字形成的新整数尽可能小
public class DeleteKNumberMin {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		while(sc.hasNext()) {
			String nums = sc.next();
			int k = sc.nextInt();
			
			System.out.println(removeKDigits(nums, k));
			
		}
		
		sc.close();
	}

	private static String removeKDigits(String nums, int k) {
		// TODO Auto-generated method stub
		// 删除k个数字，比较相邻元素的大小
		// 从左向右遍历，找到比自己右侧数字大的数字并删除
		for(int i = 0; i < k; i ++) {
			boolean hasDelete = false;
			for(int j = 0; j < nums.length() - 1; j ++){
				if(nums.charAt(j) > nums.charAt(j+1)) {
					nums = nums.substring(0,j) + nums.substring(j+1,nums.length());
					hasDelete = true;
					break;
				}
			}
			
			// 如果没有找到要删除的数字，则删除最后一个数字
			if(hasDelete == false) {
				nums = nums.substring(0, nums.length()-1);
			}
		}
		
		// 清除整数左侧的数字 0
		int start = 0;
		for(int j = 0; j < nums.length() - 1; j ++) {
			if(nums.charAt(j) != '0') {
				break;
			}
			start ++;
		}
		nums = nums.substring(start,nums.length());
		
		// 如果整数的所有数字都被删除了，直接返回0
		if(nums.length() == 0) {
			return "0";
		}
		
		return nums;
	}

}

方案优化：贪心 + 单调栈 —— 以遍历数字作为外循环，以 k 作为内循环

import java.util.*;

// 使用单调栈存放最终的结果，进行贪心寻找
public class DeleteKNumberMinSecond {

	public static void main(String[] args) {

		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		while(sc.hasNext()) {
			String nums = sc.next();
			int k = sc.nextInt();
			
			System.out.println(removeKDigits(nums, k));
			
		}
		
		sc.close();
	}

	private static String removeKDigits(String nums, int k) {

		// 贪心 + 单调栈（使用双端队列模拟，方便结果的输出）
		Deque<Character> deque = new LinkedList<Character>();
		
		for(int i = 0; i < nums.length(); i ++) {
			char digit = nums.charAt(i);
			// 出栈的条件：双端栈不为空、k>0(还未删除完需要删除的个数)、栈顶的元素大于当前的数字
			// 当栈顶数字大于遍历到的当前数字时，栈顶数字出栈（相当于删除数字）
			while(deque.isEmpty() == false && k > 0 && deque.peekLast() > digit) {
				deque.pollLast();
				k --;
			}
			// 遍历到的当前数字入栈
			deque.offerLast(digit);
		}
		
		/* 对一些额外情况进行考虑
		 1、删除 m 个数字且 m<k，需要从序列尾部删除额外的 k-m 个数字。
		 2、如果最终的数字序列存在前导零，删去前导零。
		 3、如果最终数字序列为空，返回 0。 
		 */
		for(int i = 0; i < k; i ++) {
			deque.pollLast();
		}
		
		StringBuilder result = new StringBuilder();
		boolean isBeginningZero = true;
		while(!deque.isEmpty()) {
			char digit = deque.pollFirst();
			if(isBeginningZero && digit != '0') {
				isBeginningZero = false;
			}
			
			if(isBeginningZero == false) {
				result.append(digit);
			}
		}
		
		if(result.length() == 0) {
			return "0";
		}
		
		return result.toString();
	}

}

标签：数字,删除,nums,int,整数,402,sc,移掉,leetcode
来源： https://blog.csdn.net/qq_34176797/article/details/119316329