摩尔斯电码解码概述与挑战
摩尔斯电码是一种用点（.）和划（-）以及它们之间的停顿来表示字符的编码系统。在将摩尔斯电码解码为英文时，处理空格是关键。通常，摩尔斯码的规则如下：
- 字母内部：点和划之间无空格。
- 字母之间：用一个空格分隔。
- 单词之间：用两个或更多空格分隔，解码后应转换为一个英文单词空格。
传统的字符串分割方法，如 String.split(" ")，在遇到多个连续空格时，会将它们视为多个分隔符，导致无法区分一个空格表示字母间隔和多个空格表示单词间隔。例如，.- ...- ....-（AV 4）如果简单地按单个空格分割，将丢失单词间的双空格信息。
构建摩尔斯电码映射表
为了高效地将摩尔斯码序列转换为对应的英文字符，我们首先需要建立一个映射表。使用 HashMap 是一个理想的选择，因为它提供了 O(1) 的平均查找时间复杂度。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;
public class MorseCodeDecoder {
// 摩尔斯电码到英文字符的映射数组
static final String[] MORSE_MAP_ARRAY = {
"A", ".-", "B", "-...", "C", "-.-.", "D", "-..", "E", ".", "F", "..-.",
"G", "--.", "H", "....", "I", "..", "J", ".---", "K", "-.-", "L", ".-..",
"M", "--", "N", "-.", "O", "---", "P", ".--.", "Q", "--.-", "R", ".-.",
"S", "...", "T", "-", "U", "..-", "V", "...-", "W", ".--", "X", "-..-",
"Y", "-.--", "Z", "--..",
"0", "-----", "1", ".----", "2", "..---", "3", "...--", "4", "....-", "5", ".....",
"6", "-....", "7", "--...", "8", "---..", "9", "----.",
".", ".-.-.-", ",", "--..--", "?", "..--..", "'", ".----.", "!", "-.-.--", "/", "-..-.",
"(", "-.--.", ")", "-.--.-", "&", ".-...", ":", "---...", ";", "-.-.-.", "=", "-...-",
"+", ".-.-.", "-", "-....-", "_", "..--.-", "\"", ".-..-.", "$", "...-..-", "@", ".--.-.",
"¿", "..-.-", "¡", "--...-",
};
// 用于存储摩尔斯码到英文字符的解码映射
static final Map DECODE_MAP = new HashMap<>();
// 静态初始化块，填充DECODE_MAP
static {
for (int i = 0; i < MORSE_MAP_ARRAY.length; i += 2) {
DECODE_MAP.put(MORSE_MAP_ARRAY[i + 1], MORSE_MAP_ARRAY[i]);
}
}
} 在上述代码中，MORSE_MAP_ARRAY 存储了所有摩尔斯码及其对应的字符。DECODE_MAP 则是一个 HashMap，在静态初始化块中将摩尔斯码作为键，英文字符作为值，方便后续查找。
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采用正则表达式处理复杂空格
解决摩尔斯码中空格问题的核心在于使用正则表达式 Pattern 和 Matcher。我们定义一个正则表达式来匹配单个摩尔斯码序列及其后面可能跟着的一个空格。
// 匹配一个或多个非空白字符（摩尔斯码序列），后面可选跟一个空格
static final Pattern MORSE_CHAR_PATTERN = Pattern.compile("(\\S+)\\s?");这个正则表达式 (\S+)\s? 的含义是：
- (\\S+)：匹配一个或多个非空白字符（\S），并将其捕获为第一个分组。这代表了一个完整的摩尔斯码序列，如 .- 或 ...。
- \\s?：匹配一个可选的空白字符（\s）。这意味着它会尝试匹配摩尔斯码序列后的一个空格，但即使没有空格也能匹配成功。
接下来，我们将使用 Matcher.replaceAll() 方法结合 lambda 表达式进行替换：
public static String decode(String input) {
// 使用MORSE_CHAR_PATTERN查找所有匹配项，并用对应的英文字符替换
// replaceAll 会将所有匹配到的部分替换为lambda表达式的返回值
return MORSE_CHAR_PATTERN.matcher(input).replaceAll(m -> DECODE_MAP.get(m.group(1)));
}工作原理详解：
这个 replaceAll 方法的巧妙之处在于它如何处理连续的空格：
- 匹配单个摩尔斯码序列和其后的一个空格：当输入字符串是 .- ...- 时，MORSE_CHAR_PATTERN 首先匹配 .-。m.group(1) 是 .-，替换为 A。
-
处理双空格（单词间隔）：考虑输入 .- ...- ....- .....。
- MORSE_CHAR_PATTERN 会匹配到 .-，m.group(1) 是 .-，替换为 A。
- 接着匹配 ...-，m.group(1) 是 ...-，替换为 V。
- 当处理到 X 对应的 -..- 后面的双空格 ` ` 时：
- MORSE_CHAR_PATTERN 会匹配到 -..- (一个摩尔斯码序列和一个空格)。m.group(1) 是 -..-，替换为 X。
- 此时，输入字符串中原有的第二个空格 ` ` 并未被当前匹配消耗掉，它会保留在字符串中，成为未被替换的字符。
- 然后，replaceAll 会继续查找下一个匹配项，发现未被消耗的空格 ` 后面跟着....-。MORSE_CHAR_PATTERN会匹配....- 。m.group(1)是....-，替换为4`。
- 最终，未被消耗的那个空格就自然而然地留在了 X 和 4 之间，形成了单词间的间隔。
这种机制使得我们无需显式判断连续空格的数量，正则表达式的匹配和替换逻辑会自动处理，从而在单词之间插入一个正确的空格。
完整示例代码
下面是包含 main 方法的完整 Java 代码示例，演示了如何使用上述 MorseCodeDecoder 进行摩尔斯电码解码。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;
public class MorseCodeDecoder {
// 摩尔斯电码到英文字符的映射数组
static final String[] MORSE_MAP_ARRAY = {
"A", ".-", "B", "-...", "C", "-.-.", "D", "-..", "E", ".", "F", "..-.",
"G", "--.", "H", "....", "I", "..", "J", ".---", "K", "-.-", "L", ".-..",
"M", "--", "N", "-.", "O", "---", "P", ".--.", "Q", "--.-", "R", ".-.",
"S", "...", "T", "-", "U", "..-", "V", "...-", "W", ".--", "X", "-..-",
"Y", "-.--", "Z", "--..",
"0", "-----", "1", ".----", "2", "..---", "3", "...--", "4", "....-", "5", ".....",
"6", "-....", "7", "--...", "8", "---..", "9", "----.",
".", ".-.-.-", ",", "--..--", "?", "..--..", "'", ".----.", "!", "-.-.--", "/", "-..-.",
"(", "-.--.", ")", "-.--.-", "&", ".-...", ":", "---...", ";", "-.-.-.", "=", "-...-",
"+", ".-.-.", "-", "-....-", "_", "..--.-", "\"", ".-..-.", "$", "...-..-", "@", ".--.-.",
"¿", "..-.-", "¡", "--...-",
};
// 用于存储摩尔斯码到英文字符的解码映射
static final Map DECODE_MAP = new HashMap<>();
// 静态初始化块，填充DECODE_MAP
static {
for (int i = 0; i < MORSE_MAP_ARRAY.length; i += 2) {
DECODE_MAP.put(MORSE_MAP_ARRAY[i + 1], MORSE_MAP_ARRAY[i]);
}
}
// 匹配一个或多个非空白字符（摩尔斯码序列），后面可选跟一个空格
static final Pattern MORSE_CHAR_PATTERN = Pattern.compile("(\\S+)\\s?");
/**
* 将摩尔斯电码字符串解码为英文字符串。
* @param input 待解码的摩尔斯电码字符串。
* @return 解码后的英文字符串。
*/
public static String decode(String input) {
// 使用MORSE_CHAR_PATTERN查找所有匹配项，并用对应的英文字符替换
return MORSE_CHAR_PATTERN.matcher(input).replaceAll(m -> DECODE_MAP.get(m.group(1)));
}
public static void main(String[] args) {
// 示例输入：包含字母、数字和双空格的摩尔斯电码
String morseInput = ".- ...- ..--- .-- .... .. . -.-. -..- ....- .....";
System.out.println("原始摩尔斯电码: " + morseInput);
// 调用解码方法
String decodedOutput = decode(morseInput);
System.out.println("解码后的英文: " + decodedOutput); // 预期输出: AV2WHIECX 45
// 另一个示例：包含更多单词间隔和标点符号
String anotherMorseInput = ".... . .-.. .-.. --- .-- --- .-. .-.. -.. -.-.--";
System.out.println("\n原始摩尔斯电码: " + anotherMorseInput);
System.out.println("解码后的英文: " + decode(anotherMorseInput)); // 预期输出: HELLO WORLD!
// 仅有字母间隔的示例
String singleWordMorse = "- . ... -";
System.out.println("\n原始摩尔斯电码: " + singleWordMorse);
System.out.println("解码后的英文: " + decode(singleWordMorse)); // 预期输出: TEST
}
} 输出示例：
原始摩尔斯电码: .- ...- ..--- .-- .... .. . -.-. -..- ....- ..... 解码后的英文: AV2WHIECX 45 原始摩尔斯电码: .... . .-.. .-.. --- .-- --- .-. .-.. -.. -.-.-- 解码后的英文: HELLO WORLD! 原始摩尔斯电码: - . ... - 解码后的英文: TEST
注意事项与总结
- 映射表的完整性：确保 MORSE_MAP_ARRAY 包含所有需要解码的摩尔斯码序列，包括字母、数字和常用标点符号。如果遇到未知摩尔斯码，DECODE_MAP.get() 将返回 null，这可能导致 NullPointerException。可以添加错误处理或默认值（例如，返回 ?）来增强健壮性。
- 正则表达式的理解：(\\S+)\\s? 是本解决方案的核心。深入理解 \S+ 和 \s? 的作用，以及 replaceAll 如何处理匹配和非匹配部分，对于解决类似字符串处理问题至关重要。
- 性能考虑：对于极长的摩尔斯电码字符串，正则表达式的 replaceAll 方法可能不是最高效的方案。但在大多数常见应用场景下，其性能是完全可以接受的，并且代码简洁易懂。
- 输入格式：本教程假设输入的摩尔斯电码字符串是规范的，即摩尔斯码序列之间至少有一个空格，单词之间至少有两个空格。如果输入格式不规范（例如，没有空格分隔字母），则需要调整正则表达式或预处理输入字符串。
通过这种基于正则表达式的方法，我们能够优雅且高效地解决摩尔斯电码到英文转换中复杂的空格处理问题，使得代码逻辑清晰，易于维护。
