理解 indexOf 方法及其在查找唯一字符中的应用
在 java 字符串处理中，string 类的 indexof 方法是一个非常强大的工具，它用于查找指定字符或子字符串在字符串中首次出现的位置。通过巧妙地结合其重载形式，我们可以实现判断一个字符是否在字符串中是“唯一”的功能，即该字符在首次出现后，是否还有其他出现。
indexOf 方法概述
String 类提供了多个 indexOf 方法的重载形式，其中与本教程最相关的是：
- int indexOf(int ch): 返回指定字符 ch 在字符串中第一次出现的索引。如果未找到，则返回 -1。
- int indexOf(int ch, int fromIndex): 返回指定字符 ch 在字符串中从 fromIndex 位置开始搜索，第一次出现的索引。如果未找到，则返回 -1。
核心逻辑解析：如何判断唯一性
要判断一个字符 c 在字符串 s 中是否是唯一的（至少是其首次出现的位置），我们可以采用以下策略：
- 找到字符 c 在字符串 s 中第一次出现的索引。 假设这个索引是 firstOccurrenceIndex。
- 从 firstOccurrenceIndex + 1 的位置开始，再次搜索字符 c。 如果这次搜索返回 -1，则说明在 firstOccurrenceIndex 之后，字符串中不再有字符 c 的出现，因此，在当前遍历的上下文中，这个字符是唯一的。
条件表达式 s.indexOf(s.charAt(i), s.indexOf(s.charAt(i)) + 1) == -1 详解
让我们分解这个用于查找第一个唯一字符的条件表达式：
假设我们正在遍历字符串 s，当前字符的索引是 i。
s.charAt(i): 这会获取字符串 s 在当前索引 i 处的字符。例如，如果 s = "leetcode" 且 i = 0，则 s.charAt(i) 为 'l'。
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s.indexOf(s.charAt(i)): 这会查找当前字符 s.charAt(i) 在整个字符串 s 中第一次出现的索引。
- 对于 s = "leetcode"，当 i = 0 时，s.charAt(0) 是 'l'。s.indexOf('l') 返回 0。
- 当 i = 1 时，s.charAt(1) 是 'e'。s.indexOf('e') 返回 1。
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s.indexOf(s.charAt(i)) + 1: 这是一个关键步骤。它计算出在当前字符 s.charAt(i) 第一次出现之后，下一个应该开始搜索的位置。
- 对于 'l' (i=0)，s.indexOf('l') + 1 得到 0 + 1 = 1。
- 对于 'e' (i=1)，s.indexOf('e') + 1 得到 1 + 1 = 2。
-
s.indexOf(s.charAt(i), s.indexOf(s.charAt(i)) + 1): 这是最核心的部分。它使用 indexOf(char, fromIndex) 的重载形式，再次搜索当前字符 s.charAt(i)。但这次搜索不是从字符串开头，而是从 s.charAt(i) 第一次出现位置的下一个位置 (s.indexOf(s.charAt(i)) + 1) 开始。
- 对于 'l' (i=0)，表达式变为 s.indexOf('l', 1)。这意味着从索引 1 开始查找字符 'l'。由于 'l' 在索引 0 之后不再出现，此方法返回 -1。
- 对于 'e' (i=1)，表达式变为 s.indexOf('e', 2)。这意味着从索引 2 开始查找字符 'e'。由于 'e' 在索引 3 处再次出现，此方法返回 3。
-
== -1: 最后，将上述搜索结果与 -1 进行比较。
- 对于 'l' (i=0)，s.indexOf('l', 1) 返回 -1。(-1 == -1) 为 true。这表示 'l' 是第一个唯一字符，程序将返回其索引 0。
- 对于 'e' (i=1)，s.indexOf('e', 2) 返回 3。(3 == -1) 为 false。这表示 'e' 不是唯一字符（因为它在索引 3 处再次出现），程序将继续循环。
示例代码
以下是一个完整的 Java 方法，演示了如何使用上述逻辑查找字符串中第一个唯一字符的索引：
public class UniqueCharFinder {
/**
* 查找字符串中第一个不重复字符的索引。
* 如果所有字符都重复，则返回 -1。
*
* @param s 输入字符串
* @return 第一个不重复字符的索引，如果不存在则返回 -1
*/
private static int findFirstUniqueCharIndex(String s) {
// 遍历字符串中的每一个字符
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
char currentChar = s.charAt(i); // 获取当前字符
// 关键判断：
// 1. s.indexOf(currentChar) 找到当前字符在字符串中第一次出现的索引。
// 2. s.indexOf(currentChar) + 1 确定从第一次出现位置的下一个位置开始搜索。
// 3. s.indexOf(currentChar, s.indexOf(currentChar) + 1) 从下一个位置开始搜索当前字符。
// 4. 如果搜索结果为 -1，说明在第一次出现之后，该字符没有再次出现，即为唯一字符。
if (s.indexOf(currentChar, s.indexOf(currentChar) + 1) == -1) {
return i; // 找到第一个唯一字符，返回其索引
}
}
return -1; // 遍历完所有字符，未找到唯一字符
}
public static void main(String[] args) {
String s1 = "leetcode";
System.out.println("字符串 \"" + s1 + "\" 中第一个唯一字符的索引是: " + findFirstUniqueCharIndex(s1)); // 输出 0 ('l')
String s2 = "loveleetcode";
System.out.println("字符串 \"" + s2 + "\" 中第一个唯一字符的索引是: " + findFirstUniqueCharIndex(s2)); // 输出 2 ('v')
String s3 = "aabb";
System.out.println("字符串 \"" + s3 + "\" 中第一个唯一字符的索引是: " + findFirstUniqueCharIndex(s3)); // 输出 -1
String s4 = "abcabc";
System.out.println("字符串 \"" + s4 + "\" 中第一个唯一字符的索引是: " + findFirstUniqueCharIndex(s4)); // 输出 -1
String s5 = "a";
System.out.println("字符串 \"" + s5 + "\" 中第一个唯一字符的索引是: " + findFirstUniqueCharIndex(s5)); // 输出 0 ('a')
}
}注意事项与总结
- 时间复杂度: 这种方法的时间复杂度是 O(n^2)，其中 n 是字符串的长度。因为在最坏情况下，对于字符串中的每个字符，indexOf 方法都可能需要遍历字符串的大部分内容。对于非常长的字符串，这可能不是最优解。
- 查找的是“第一个”唯一字符: 这个方法只返回在字符串中遇到的第一个不重复的字符的索引。如果字符串中有多个唯一字符，它只会返回第一个的索引。
- 区分大小写: indexOf 方法是区分大小写的。如果需要不区分大小写的查找，需要先将字符串统一转换为大写或小写。
- 替代方案: 对于性能要求较高的场景，更优的方案通常是使用哈希表（如 HashMap 或 LinkedHashMap）或数组（如果字符集大小有限，如 ASCII 字符）来存储字符的频率或首次出现的位置，从而将时间复杂度降低到 O(n)。
尽管存在性能上的考量，但通过 indexOf 方法的巧妙组合来判断字符唯一性，展示了 Java String API 的灵活性和表达力，对于理解字符串操作的底层逻辑非常有益。
