从左、右各取K个字符

2516。从左右各取K个字符

难度：中等

主题：哈希表、字符串、滑动窗口

给定一个由字符 'a'、'b' 和 'c' 组成的字符串 s 以及一个非负整数 k。每分钟，您可以选取 s 的最左边字符，或 s 的最右边字符。

返回最少获取至少 k 个字符所需的分钟数，如果不可能获取每个字符的k 个，则返回-1角色。

示例1：

• 输入： s = "aabaaaacaabc", k = 2
• 输出： 8
• 解释：从 s 左边取三个字符。您现在有两个“a”字符和一个“b”字符。
  • 从 s 右侧取五个字符。您现在有四个“a”字符、两个“b”字符和两个“c”字符。
  • 总共需要3 5 = 8分钟。
  • 可以证明8是最少需要的分钟数。

示例2：

• 输入： s = "a", k = 1
• 输出： -1
• 解释： 不可能取 'b' 或 'c'，因此返回 -1。

约束：

• 1 5
• s 仅由字母 'a'、'b' 和 'c' 组成。
• 0

提示：

1. 首先计算每个字符的出现频率并检查是否可能。
2. 如果从左侧取x个字符，那么从右侧最少需要取多少个字符？对 0 ≤ x ≤ s.length 范围内的所有 x 值求此值。
3. 使用两指针方法来避免多次计算相同的信息。

解决方案：

我们可以使用带有两个指针的滑动窗口技术来找到从左侧和右侧取出至少 k 个字符（'a'，'b'，'c'）所需的最小分钟数字符串。

问题分解：

• 给定一个仅包含 'a'、'b' 和 'c' 的字符串 s。
• 我们需要从字符串的最左边或最右边的字符中获取每个字符至少出现的 k 次。
• 我们需要确定实现此目标所需的最小分钟数，如果不可能，则返回 -1。

方法：

1. 初步检查：

   • 如果 k == 0，我们可以直接返回 0，因为不需要任何字符。
   • 如果 k 超过字符串中任意字符出现的次数，则立即返回 -1。

2. 频率计数:

   • 我们需要统计 'a'、'b' 和 'c' 在字符串 s 中出现了多少次，以确保甚至可以收集到每个字符的 k 个。

3. 滑动窗口技术:

   • 使用带有两个指针（左和右）的滑动窗口方法。
   • 维护两个指针，并从字符串两端滑动它们以收集所需的字符。
   • 对于从左侧取出的每个字符，计算需要从右侧取出的最少字符数才能满足要求。

4. 优化：

   • 我们可以在扩展或收缩窗口时跟踪字符计数，而不是重复地重新计算每个窗口的字符计数。

让我们用 PHP 实现这个解决方案：2516。从左右各取K个

<?php /**
 * @param String $s
 * @param Integer $k
 * @return Integer
 */
function takeCharacters($s, $k) {
    ...
    ...
    ...
    /**
     * go to ./solution.php
     */
}

// Example 1
echo takeCharacters("aabaaaacaabc", 2);  // Output: 8

// Example 2
echo takeCharacters("a", 1);  // Output: -1
?>

解释：

1. 初始设置：

   • 我们计算整个字符串中“a”、“b”和“c”的出现次数，以确保可以收集至少 k 个字符。
   • 如果任意字符数小于 k，则返回 -1。

2. 滑动窗口:

   • 我们使用两个指针（左和右）从两端创建一个滑动窗口。
   • 我们通过移动右侧指针来扩展窗口并增加遇到的字符数。
   • 一旦当前窗口中的每个字符至少有 k 个，我们就会尝试从左侧缩小窗口以最小化分钟数（占用的字符）。

3. 最小化时间：

   • 每次收集所有类型的 k 个字符时，我们都会通过比较窗口的大小来跟踪所需的最少分钟数。

时间复杂度：

• 计算字符最初需要 O(n)。
• 滑动窗口操作需要 O(n)，因为左右指针都在字符串上移动一次。
• 总体时间复杂度为 O(n)。

边缘情况：

• 如果 k == 0，则返回 0。
• 如果不可能取出每个字符的 k，则返回 -1。

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