Python面试宝典第31题：字符串反转

题目

        编写一个函数，其作用是将输入的字符串反转过来，输入字符串以字符数组s的形式给出。不要给另外的数组分配额外的空间，你必须原地修改输入数组，并使用O(1)的额外空间解决这一问题。备注：s[i]都是ASCII码表中的可打印字符。

        示例 1：

输入：s = ["h","e","l","l","o"]
输出：["o","l","l","e","h"]

        示例 2：

输入：s = ["H","a","n","n","a","h"]
输出：["h","a","n","n","a","H"]

双指针法

        这道题要求必须原地修改输入数组，且时间复杂度为O(1)。为了满足这些要求，我们可以使用双指针法。双指针法是一种在算法竞赛和日常编程中广泛使用的优化技巧，特别适用于解决数组、链表等数据结构中的区间问题。该方法通过同时使用两个指针在数据结构中进行移动，以有效地查找、比较或修改元素，从而优化算法的时间复杂度。

        双指针法的基本思想是：在遍历数据结构时，定义两个指针，通常称为“快指针”和“慢指针”，有时也称为“左指针”和“右指针”；根据一定的规则移动这两个指针，以达到某种特定的目的，如查找元素、计算长度、反转链表、去除重复元素等。为了便于理解双指针法的实现原理，可参考下面的示意图。

        使用双指针法求解本题的主要步骤如下。

        1、确定双指针位置。初始化两个指针，一个指向数组的起始位置（left），另一个指向数组的末尾位置（right）。

        2、交换元素。在每次迭代中，交换left和right指针所指向的元素，并将left向右移动一位，将right向左移动一位。

        3、终止条件。当left >= right时，说明所有元素都已经交换完毕，此时可以停止循环。

        根据上面的算法步骤，我们可以得出下面的示例代码。

def reverse_string_by_two_pointers(s):# 定义左指针和右指针left, right = 0, len(s) - 1while left < right:# 交换元素s[left], s[right] = s[right], s[left]# 移动两个指针left += 1right -= 1s = ["h", "e", "l", "l", "o"]
reverse_string_by_two_pointers(s)
print(s)s = ["H", "a", "n", "n", "a", "h"]
reverse_string_by_two_pointers(s)
print(s)

        可以看到，我们使用了两个指针left和right，分别指向字符数组的起始和末尾。在每次循环中，我们交换这两个指针所指向的元素，并将left向右移动一位，right向左移动一位。这个过程一直持续到left不再小于right，即所有元素都被交换完毕。由于我们没有使用除输入数组外的任何额外数据结构来存储数据，因此该算法的空间复杂度为O(1)，满足本题的要求。

总结

        双指针法求解本题的时间复杂度为O(n)，其中n是数组的长度。因为每个元素只被访问和交换一次，所以算法的执行时间与数组的长度成线性关系。由于双指针法会直接修改输入的数组，如果输入数组是原始数据的一部分，并且后续操作还需要使用原始数据，那么这种修改可能会导致问题。