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LeetCode 68 - 文本左右对齐（Text Justification）

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详解文本左右对齐算法，通过模拟方法实现单词在指定宽度内的均匀分布，掌握字符串处理和空格分配的核心技巧

问题描述

给你一个单词数组 words 和一个长度 maxWidth，重新排版单词，使其成为每行恰好有 maxWidth 个字符，且左右两端对齐的文本。

你应该使用"贪心算法"来放置给定的单词；也就是说，尽可能多地往每行中放置单词。必要时可用空格 ' ' 填充，使得每行恰好有 maxWidth 个字符。

要求单词之间的空格应该尽可能平均分配。如果某一行单词间的空格不能平均分配，则左侧放置的空格数要多于右侧的空格数。

文本的最后一行应为左对齐，且单词之间不插入额外的空格。

示例

示例 1：

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输入：words = ["This", "is", "an", "example", "of", "text", "justification."], maxWidth = 16
输出：
[
   "This    is    an",
   "example  of text",
   "justification.  "
]

示例 2：

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输入：words = ["What","must","be","acknowledgment","shall","be"], maxWidth = 16
输出：
[
  "What   must   be",
  "acknowledgment  ",
  "shall be        "
]

约束条件

  • 1 <= words.length <= 300
  • 1 <= words[i].length <= 20
  • words[i] 由小写英文字母和符号组成
  • 1 <= maxWidth <= 100
  • words[i].length <= maxWidth

解题思路

这道题的核心是模拟文本编辑器的左右对齐功能。我们需要：

  1. 贪心策略：每行尽可能多地放置单词
  2. 空格分配：将剩余空格均匀分布在单词间
  3. 特殊处理：最后一行采用左对齐

算法步骤

步骤 1：贪心填充单词

对于每一行，我们使用贪心算法尽可能多地放置单词：

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当前行长度 = 单词总长度 + 单词间隔数（单词数 - 1）

如果添加下一个单词会超过 maxWidth，就开始处理当前行。

步骤 2：计算空格分配

对于非最后一行，需要计算如何分配空格：

  • 总空格数 = maxWidth - 单词字符总数
  • 间隔数 = 单词数 - 1
  • 每个间隔的基础空格 = 总空格数 ÷ 间隔数
  • 额外空格数 = 总空格数 % 间隔数

关键策略：额外空格从左到右依次分配，确保左侧空格不少于右侧。

步骤 3：处理特殊情况

  1. 单个单词的行：单词后填充空格到 maxWidth
  2. 最后一行：左对齐，单词间只用一个空格分隔，末尾填充空格

实现细节

核心算法可视化

以 ["This", "is", "an"] 为例，maxWidth = 16：

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步骤 1：计算空格分配
单词: "This" "is" "an"  (长度: 4 + 2 + 2 = 8)
总空格: 16 - 8 = 8
间隔数: 3 - 1 = 2
基础空格: 8 ÷ 2 = 4
额外空格: 8 % 2 = 0

步骤 2：构建结果
"This" + 4空格 + "is" + 4空格 + "an"
结果: "This    is    an"

空格分配策略

当空格无法平均分配时：

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例如：["What", "must", "be"], maxWidth = 16
单词长度: 4 + 4 + 2 = 10
总空格: 16 - 10 = 6
间隔数: 2
基础空格: 6 ÷ 2 = 3
额外空格: 6 % 2 = 0

但如果是 ["What", "must", "be"], maxWidth = 17:
总空格: 17 - 10 = 7
基础空格: 7 ÷ 2 = 3
额外空格: 7 % 2 = 1 (给第一个间隔)

结果: "What    must   be"
      ↑4空格    ↑3空格

代码实现

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func fullJustify(words []string, maxWidth int) []string {
    result := []string{}
    line := []string{}
    length := 0
    
    for _, word := range words {
        // 检查是否需要换行
        if length + len(word) + len(line) > maxWidth {
            result = append(result, justify(line, maxWidth))
            line = []string{word}
            length = len(word)
        } else {
            line = append(line, word)
            length += len(word)
        }
    }
    
    // 处理最后一行（左对齐）
    if len(line) > 0 {
        lastLine := strings.Join(line, " ")
        lastLine += strings.Repeat(" ", maxWidth-len(lastLine))
        result = append(result, lastLine)
    }
    
    return result
}

func justify(words []string, maxWidth int) string {
    if len(words) == 1 {
        return words[0] + strings.Repeat(" ", maxWidth-len(words[0]))
    }
    
    // 计算需要分配的空格数
    wordChars := 0
    for _, word := range words {
        wordChars += len(word)
    }
    totalSpaces := maxWidth - wordChars
    gaps := len(words) - 1
    
    // 分配空格
    spacePerGap := totalSpaces / gaps
    extraSpaces := totalSpaces % gaps
    
    var result strings.Builder
    result.Grow(maxWidth)
    
    for i, word := range words {
        result.WriteString(word)
        if i < len(words)-1 { // 不是最后一个单词
            spaces := spacePerGap
            if i < extraSpaces {
                spaces++
            }
            result.WriteString(strings.Repeat(" ", spaces))
        }
    }
    
    return result.String()
}

执行过程分析

以示例 1 为例：

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输入: ["This", "is", "an", "example", "of", "text", "justification."]
maxWidth = 16

第一行处理:
- "This" (4) + "is" (2) + "an" (2) = 8 + 2间隔 = 10 ≤ 16 ✓
- 尝试加入 "example" (7): 10 + 1 + 7 = 18 > 16 ✗
- 处理 ["This", "is", "an"]: 空格分配 8个，平均分配到2个间隔
- 结果: "This    is    an"

第二行处理:
- "example" (7) + "of" (2) + "text" (4) = 13 + 2间隔 = 15 ≤ 16 ✓
- 尝试加入 "justification.": 超出限制
- 处理 ["example", "of", "text"]: 剩余3个空格，分配到2个间隔
- 结果: "example  of text"

最后一行:
- ["justification."] 左对齐，后补空格
- 结果: "justification.  "

复杂度分析

时间复杂度

$$T(n) = O(n)$$

其中 $n$ 是单词总数。每个单词只被处理一次，字符串构建操作虽然涉及空格计算，但总的字符数是固定的（$\text{maxWidth} \times \text{行数}$）。

空间复杂度

$$S(n) = O(k)$$

其中 $k$ 是结果的总字符数。除了存储结果外，只使用了常数额外空间来存储当前行的单词。

算法特点分析

方面 评价 说明
时间复杂度 $O(n)$ 每个单词只处理一次，字符串构建时间与总输出长度成正比
空间复杂度 $O(k)$ 主要用于存储结果，$k$ 为输出字符总数
代码简洁度 ★★★★☆ 逻辑清晰，使用 Go 标准库简化实现
易理解性 ★★★★☆ 算法思路直观，分步骤处理易于理解
实现难度 ★★★☆☆ 需要正确处理多种边界情况

关键收获

核心算法思想

  1. 贪心策略：每行尽可能多地放置单词，这是最优策略
  2. 数学分配：使用除法和取模运算实现空格的均匀分配
  3. 边界处理：区分普通行、单词行和最后一行的不同处理逻辑

常见陷阱与避免方法

  1. 空格分配错误：

    • ❌ 错误：平均分配空格后忽略余数
    • ✅ 正确：余数空格从左到右依次分配

  2. 最后一行处理：

    • ❌ 错误：最后一行也进行左右对齐
    • ✅ 正确：最后一行只需左对齐

  3. 单词行处理：

    • ❌ 错误：单个单词也尝试进行空格分配
    • ✅ 正确：单个单词直接右侧填充空格

扩展应用

这个算法的思想可以应用到：

  • 文档排版系统
  • 代码格式化工具
  • 表格对齐算法
  • UI 布局分配算法

参考链接：LeetCode 68. 文本左右对齐