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递归移除相邻重复字符的正确时间复杂度分析:O(n) 的本质与实现验证

花韻仙語

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发布时间:2026-02-22 12:35:14

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来源于php中文网

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递归移除相邻重复字符的正确时间复杂度分析:O(n) 的本质与实现验证

本文深入剖析“递归移除字符串中所有相邻重复字符”算法的真实时间复杂度,澄清常见误解(如误判为 o(n²)),通过代码逻辑拆解与执行过程模拟,严谨论证其线性时间特性 o(n),并给出可验证的优化实现。

本文深入剖析“递归移除字符串中所有相邻重复字符”算法的真实时间复杂度,澄清常见误解(如误判为 o(n²)),通过代码逻辑拆解与执行过程模拟,严谨论证其线性时间特性 o(n),并给出可验证的优化实现。

该问题的核心在于理解 rremove 函数中循环调用 solve 的实际行为——并非每轮仅消除一对相邻重复,而是每轮 solve 会一次性扫描并跳过所有连续重复段,仅保留每个连续段的首个(或零个)字符。因此,整个算法的执行轮数远低于 n,最坏情况下仅为常数轮(例如 "aabbbcc" → "ac",仅需 2 轮),而非直觉中的“逐对消除、反复扫描”。

我们先看 solve 方法的关键逻辑:

String solve(String s) {
    StringBuilder ans = new StringBuilder();
    int i = 0;
    while (i < s.length()) {
        // 发现相邻重复:跳过整个连续重复段(如 "aaaa" → 跳过全部)
        if (i < s.length() - 1 && s.charAt(i) == s.charAt(i + 1)) {
            char c = s.charAt(i);
            while (i < s.length() - 1 && s.charAt(i) == c && s.charAt(i + 1) == c) {
                i++; // 注意:此步仅推进索引,不添加字符
            }
            i++; // 跳出内层 while 后,再跳过最后一个重复字符(因外层 while 需继续)
        } else {
            ans.append(s.charAt(i));
            i++;
        }
    }
    return ans.toString();
}

⚠️ 关键洞察:solve 不是“删除一对后重头扫描”,而是一次性线性扫描完成全局去重——它识别出 "aaabbbcc" 中的 "aaa" 就直接跳过全部三个 'a',不保留也不追加;同理跳过 "bbb" 和 "cc",最终只留下空结果(若全为重复段)或孤立字符。因此,单次 solve 的时间复杂度严格为 O(n),且最多执行常数轮(≤ ⌈log₂n⌉ 轮,在极端链式消除下也远小于 n)

再看外层循环:

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String rremove(String s) {
    String s1 = "";
    while (s1.length() != s.length()) {
        s1 = s;
        s = solve(s); // 每轮输入规模严格减小(至少减少 2 个字符,如 "aa"→"")
    }
    return s;
}

由于每次 solve 至少消除一组长度 ≥2 的相邻重复(即 |s| 至少减少 2),总轮数上限为 ⌊n/2⌋,但更紧确界是 O(log n)(类比“每次消除所有偶数位置重复导致指数级缩减”)。然而,所有轮次的 solve 调用总工作量之和仍为 O(n):因为每轮扫描的字符串长度单调递减,形成等比数列求和(n + n/2 + n/4 + … = 2n)。

结论:该算法整体时间复杂度为 O(n),而非 O(n²)。所谓 O(n²) 的误判,源于将 solve 错误理解为“仅删除首对重复后返回”,从而假设需调用 n 次;实际上 solve 是贪心一次扫描的全局简化器

? 进阶建议:若追求极致效率与空间局部性,可用栈模拟(单次遍历、O(n) 时间 + O(n) 空间),代码更简洁且无循环调用开销:

public String rremove(String s) {
    Deque<Character> stack = new ArrayDeque<>();
    for (char c : s.toCharArray()) {
        if (!stack.isEmpty() && stack.peek() == c) {
            stack.pop(); // 匹配则弹出(相当于消去一对)
        } else {
            stack.push(c);
        }
    }
    StringBuilder res = new StringBuilder();
    while (!stack.isEmpty()) res.append(stack.pollLast());
    return res.toString();
}

此栈解法不仅时间复杂度明确为 O(n),且逻辑清晰、易于验证,推荐在工程实践中采用。

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