获得相同字符串所需的最小旋转Java程序

在字符串旋转问题中，给定一个字符串，我们可以通过将其旋转任意次来获得新的字符串并检查它们是否相同。但是，它们的数量可能非常大，因此需要一种高效的方法来检查要素中的所有字符串并返回要素中旋转的最小数量。

问题概述

给定一个字符串，我们需要找到在将其旋转任意次数后与原始字符串相同的最小数量，或者在没有这样的字符串的情况下返回错误。

例如，对于字符串 "abcde"，我们可以旋转它的所有可能组合并找到 "bcdea", "cdeab", "deabc" 和 "eabcd" 与 "abcde" 相同。 因此，最小旋转数量为 0。 但是，如果我们考虑 "abced"，则旋转后的任何组合都不与原始字符串相同，因此返回 -1。

解决方案

算法

考虑两个字符串，如果一个字符串是另一个字符串的旋转，则说明这两个字符串由相同的字符组成。 改进的 KMP 算法（Knuth-Morris-Pratt）可以解决这个问题，具体来说，我们可以将两个相同字符串连接在一起并对结果字符串进行 KMP 算法操作。 如果结果字符串的长度小于两个原始字符串的长度之和，则返回第一个字符串的长度减去任意一个匹配子字符串的长度。

代码实现

以下是使用改进的 KMP 算法实现的 Java 代码，用于获得相同字符串所需的最小旋转。

public class MinimumRotation {
    public int getMinimumRotation(String s) {
        int[] fail = new int[s.length()];

        for (int i = 1, j = 0; i < s.length(); i++) {
            while (j > 0 && s.charAt(i) != s.charAt(j)) {
                j = fail[j - 1];
            }
            if (s.charAt(i) == s.charAt(j)) {
                j++;
            }
            fail[i] = j;
        }

        int match = -1;
        for (int i = 1, j = 0; i <= s.length() * 2; i++) {
            while (j > 0 && s.charAt(j) != s.charAt(i % s.length())) {
                j = fail[j - 1];
            }
            if (s.charAt(j) == s.charAt(i % s.length())) {
                j++;
            }
            if (j == s.length()) {
                match = i - s.length();
                break;
            }
        }

        return match == -1 ? -1 : s.length() - match;
    }
}

测试用例

以下是测试用例，用于在实现后验证上述算法的正确性。

public class MinimumRotationTest {
    public void test() {
        MinimumRotation minimumRotation = new MinimumRotation();

        assert minimumRotation.getMinimumRotation("abcde") == 0;
        assert minimumRotation.getMinimumRotation("cdeab") == 2;
        assert minimumRotation.getMinimumRotation("deabc") == 3;
        assert minimumRotation.getMinimumRotation("eabcd") == 4;
        assert minimumRotation.getMinimumRotation("abced") == -1;
    }
}

总结

在本文中，我们介绍了如何使用改进的 KMP 算法解决字符串旋转问题。我们详细讨论了算法的工作原理，并在 Java 中提供了实现，包括对该解决方案的测试用例。