[Python][Leetcode]用 Sliding Window 找最長無重複字元子字串

更新 發佈閱讀 6 分鐘

✨ 1. 題目說明(白話翻譯)

題目原文:

Given a string s, find the length of the longest substring without duplicate characters.

白話解釋如下:

✔ substring(子字串)

  • 必須是 連續 的字元
  • 不能跳著選

例如 "abcde"

  • "abc" 是 substring
  • "ace" 不是(字元不連續)

✔ without duplicate characters(不含重複字元)

  • 子字串裡每個字只能出現一次

例如 "abc"

"aba" ❌(因為 a 重複)


✔ 目標:回傳最長的子字串長度

例如:

輸入:

"abcabcbb"

最長無重複子字串是 "abc",長度是 3


✨ 2. 解題思維:為什麼需要 Sliding Window?

如果你用暴力法(兩層迴圈),

要檢查所有子字串 → O(n³),非常慢。

為了加速,我們希望做到:

✔ 每個字元只看一次

✔ 保持子字串無重複 ✔ 盡量延伸子字串,遇到重複再縮短

這就是 Sliding Window(滑動窗口) 的想法:

👉 用兩個指標 leftright 表示一個可變的窗口

  • right 一直向右走(擴張)
  • left 在出現重複字元時右移(縮小)

✨ 3. 最推薦的解法(Sliding Window + dict)

這是面試、比賽中公認最強、最易懂、最快的版本。


🧠 完整版 + 超詳細中文註解

def lengthOfLongestSubstring(s: str) -> int:
last = {} # 記錄每個字元「最後一次出現的位置」
left = 0 # 滑動窗口左邊界
max_len = 0 # 目前找到的最大長度

# right 是右指標(索引),ch 是該位置的字元
for right, ch in enumerate(s):

# 如果 ch 之前出現過,且位置不在左邊界左邊
# 表示這次的 ch 重複了!需要調整 left
if ch in last and last[ch] >= left:
left = last[ch] + 1 # 將 left 移到重複字元的下一格

# 更新字元最後出現的位置
last[ch] = right

# 計算目前窗口大小(right-left+1),並更新最大值
max_len = max(max_len, right - left + 1)

return max_len

📝 用例子理解流程:

以字串 "abcabcbb" 為例:

右指標 right 一直走

  • abc → 長度 3
  • 遇到重複 a → 左指標跳到之前 a 的下一格
  • 之後窗口變成 bca(仍是 3)
  • 最後答案:3

Sliding Window 完整保證:

✔ 永遠維持「不重複」

✔ 用最少的移動達到最快速度 ✔ 每個字元最多處理 2 次 → O(n)


✨ 4. 視覺化示意

滑動窗口表示連續子字串:

left →   0
right → 0

s = a b c a b c b b

[a]

right → 1
[a b]

right → 2
[a b c] ← 最大長度 3

right → 3 遇到 a 重複
→ left 跳到 1
[b c a] ← 長度仍是 3

...

最佳解法(Sliding Window + 字元最後出現位置)完整註解版

def lengthOfLongestSubstring(s: str) -> int:
last = {} # 字典 last 用來記錄每個字元最後一次出現的位置(index)
left = 0 # 滑動窗口左邊界,表示目前子字串的起點
max_len = 0 # 紀錄目前找到的最長「不重複子字串」的長度

# right 是滑動窗口右邊界,ch 是 s[right] 的字元
for right, ch in enumerate(s):

# 如果 ch 曾經出現過,而且它的最後出現位置在 left 右邊或重疊
# 代表目前 right 位置的 ch 與窗口中的某個字元重複
if ch in last and last[ch] >= left:
# 將 left 移動到上一個 ch 出現位置的下一個位置
# 這樣才會再次形成「不重複子字串」
left = last[ch] + 1

# 更新 ch 的最後出現位置為目前的 right
last[ch] = right

# 更新最大長度 → 窗口長度是 right - left + 1
max_len = max(max_len, right - left + 1)
# 回傳最長子字串長度
return max_len

測試驗證

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a = 'abcdefg',輸出皆無重複字串 長度是7

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本業是影像辨識軟體開發,閒暇時間進修AI相關內容,將學習到的內容寫成文章分享。 興趣是攝影,踏青,探索未知領域。 人生就是不斷的挑戰及自我認清,希望老了躺在床上不會後悔自己什麼都沒做。