深入解析力扣157题：用Read4高效读取N个字符（多种解法与详细图解）_用read4读取n个字符

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在本篇文章中，我们将详细解读力扣第157题“用 Read4 读取 N 个字符”。通过学习本篇文章，读者将掌握如何使用多种方法来解决这一问题，并了解相关的复杂度分析。每种方法都将配以详细的解释和ASCII图解，以便于理解。

问题描述

力扣第157题“用 Read4 读取 N 个字符”描述如下：

给你一个文件，并且该文件只能通过给定的 read4 方法来读取，请实现一个方法使其能够读取 n 个字符。注意：你的 read 方法可能会被调用多次。

API 接口：

• int read4(char[] buf4): 从文件中读取4个字符到 buf4 中，并且返回读取的字符个数。

示例 1:

输入: file = \"abc\", n = 4输出: 3解释: 当读取文件时，`read` 将会读取 ‘abc’，由于没有超过4个字符，所以返回3。

示例 2:

输入: file = \"abcde\", n = 5输出: 5解释: 当读取文件时，`read` 将会读取 ‘abcd’，由于还需要一个字符，所以调用 `read4` 再读取‘e’，所以返回5。

示例 3:

输入: file = \"abcdABCD1234\", n = 12输出: 12解释: 当读取文件时，`read` 将会多次调用 `read4` 读取多个4个字符以达到读取12个字符。

解题思路

1. 初步分析：

   • 需要从文件中读取最多 n 个字符。
   • 每次只能通过调用 read4 方法读取最多4个字符。
   • 需要考虑 read4 返回的字符数量少于4的情况，这表示文件已经读取完毕。

2. 实现方法：

   • 使用一个循环，每次调用 read4 方法读取最多4个字符，直到读取的字符总数达到 n 或文件读取完毕。
   • 将 read4 读取到的字符复制到目标缓冲区 buf 中。

方法一：简单循环读取

1. 步骤：
   • 初始化一个临时缓冲区 buf4 来存储每次调用 read4 方法读取的字符。
   • 使用一个循环，每次调用 read4，将读取的字符数量累加到 total_read，并将读取到的字符复制到 buf 中。
   • 如果读取的字符总数达到 n 或者 read4 返回的字符数量少于4，则终止循环。

代码实现

def read(buf, n): buf4 = [\'\'] * 4 total_read = 0 while total_read < n: count = read4(buf4) count = min(count, n - total_read) for i in range(count): buf[total_read + i] = buf4[i] total_read += count if count < 4: break return total_read

ASCII图解

假设文件内容为 “abcdefgh” 且 n = 5，图解如下：

初始状态: buf = [], total_read = 0调用 read4(buf4)buf4: [a, b, c, d], 返回: 4buf: [a, b, c, d], total_read: 4调用 read4(buf4)buf4: [e, f, g, h], 返回: 4buf: [a, b, c, d, e], total_read: 5返回: 5

方法二：多次调用

1. 步骤：
   • 使用一个全局缓冲区来存储多次调用 read4 方法读取的字符。
   • 当需要读取 n 个字符时，从全局缓冲区中读取足够多的字符，并更新缓冲区的状态。

代码实现

class Solution: def __init__(self): self.buf4 = [\'\'] * 4 self.buf4_size = 0 self.buf4_index = 0 def read(self, buf, n): total_read = 0 while total_read < n: if self.buf4_index == self.buf4_size: self.buf4_size = read4(self.buf4) self.buf4_index = 0 if self.buf4_size == 0:  break while total_read < n and self.buf4_index < self.buf4_size: buf[total_read] = self.buf4[self.buf4_index] total_read += 1 self.buf4_index += 1 return total_read

ASCII图解

假设文件内容为 “abcdefgh” 且 n = 5，图解如下：

初始状态: buf = [], total_read = 0, buf4 = [], buf4_size = 0, buf4_index = 0第一次调用 read4(buf4)buf4: [a, b, c, d], buf4_size: 4, buf4_index: 0buf: [a, b, c, d], total_read: 4第二次调用 read4(buf4)buf4: [e, f, g, h], buf4_size: 4, buf4_index: 0buf: [a, b, c, d, e], total_read: 5返回: 5

复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是需要读取的字符数量。每次调用 read4 方法最多读取4个字符，直到读取到 n 个字符。
• 空间复杂度：O(1)，只使用了常数空间来存储临时缓冲区 buf4 和计数变量。

测试案例分析

1. 测试案例 1：

   • 输入: file = \"abc\", n = 4
   • 输出: 3
   • 解释: 文件中只有3个字符，所以返回3。

2. 测试案例 2：

   • 输入: file = \"abcde\", n = 5
   • 输出: 5
   • 解释: 调用 read4 方法读取‘abcd’，然后再调用 read4 读取‘e’，所以返回5。

3. 测试案例 3：

   • 输入: file = \"abcdABCD1234\", n = 12
   • 输出: 12
   • 解释: 多次调用 read4 读取多个4个字符以达到读取12个字符。

总结

本文详细解读了力扣第157题“用 Read4 读取 N 个字符”，通过两种不同的方法，高效地解决了这一问题。希望读者通过本文的学习，能够在力扣刷题的过程中更加得心应手。

参考资料

• 《算法导论》—— Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein
• 力扣官方题解

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