【优化方案】Java 将字符串中的星号替换为0-9中的数字，并返回所有可能的替换结果

需求

将输入的字符串中的星号替换为0-9中的数字，并返回所有可能的替换结果，允许存在多个*号。

分析： 在每个星号位置，我们需要进行 0-9 的循环遍历，因此每个星号位置都有 10 种可能性。如果字符数组中有k个星号，那么总共有 10^k 个可能的替换结果。

即输入12345*时，我们会得到 10 个结果，期望的结果如下：

123450
123451
123452
123453
123454
123455
123456
123457
123458
123459

输入1234**时，我们会得到 100 个结果，期望的结果如下：

123400
123401
123402
......
123499

输入******时，我们会得到 1000000 个结果。

解决方案

我们可以使用递归方式来依次实现将字符串中的星号替换为 0-9 的数字。

/**
 * 将输入的字符串中的星号替换为0-9中的数字，并返回所有可能的替换结果
 * @param input 输入的字符串
 * @return 所有可能的替换结果
 */
public static List<String> replaceStars(String input) {
    List<String> result = new ArrayList<>();
    int index = input.indexOf('*'); // 找到第一个星号的位置
    if (index == -1) { // 如果字符串中没有星号
        result.add(input); // 直接将原字符串添加到结果列表中
    } else {
        for (int i = 0; i < 10; i++) { // 循环0-9中的数字
            // 将星号替换为当前数字
            String replaced = input.substring(0, index) + i + input.substring(index + 1);
            // 对替换后的字符串再次调用replaceAsterisks方法，直到字符串中不再有星号
            result.addAll(replaceStars(replaced));
        }
    }
    return result;
}

1. 代码中的replaceStars方法会首先查找输入字符串中的第一个星号的位置。
2. 如果找不到星号，表示已经完成了一次替换，将当前字符串添加到结果列表中；
3. 否则，就用 0-9 中的数字依次替换星号，并对替换后的字符串再次调用replaceStars方法，直到字符串中不再有星号。
4. 最后收集并返回所有的替换结果。

代码优化

我们可以通过下标索引追踪当前要处理的字符索引。

优化后如下：

/**
 * 递归辅助函数，用于将字符数组中的星号替换为0-9之间的数字
 * @param chars 字符数组
 * @param index 当前处理的字符索引
 * @param result 存储替换结果的列表
 */
private static void replaceStars(char[] chars, int index, List<String> result) {
    if (index == chars.length) { // 如果已经处理完了所有字符
        result.add(new String(chars)); // 将字符数组转换为字符串并添加到结果列表中
        return;
    }

    if (chars[index] == '*') { // 如果当前字符是星号
        for (char c = '0'; c <= '9'; c++) { // 循环0-9中的数字
            chars[index] = c; // 将星号替换为当前数字
            replaceStars(chars, index + 1, result); // 继续处理下一个字符
        }
        chars[index] = '*'; // 恢复星号，以便处理下一个星号
    } else {
        replaceStars(chars, index + 1, result); // 如果当前字符不是星号，则继续处理下一个字符
    }
}

• 首先判断是否已经处理完了所有字符，即index是否等于chars数组的长度。如果是，则表示已经处理完所有字符，此时将字符数组转换为字符串并添加到结果列表result中，然后返回。
• 如果当前字符是星号，就需要将星号替换为 0-9 之间的数字。通过一个循环遍历 0-9 中的数字，每次将星号替换为当前数字，并递归调用自身处理下一个字符（即将index加1）。这样会产生多次递归调用，每次调用都会处理下一个星号位置的数字替换。
• 在循环结束后，需要恢复星号，以便处理下一个星号位置的数字替换。
• 如果当前字符不是星号，则直接递归调用自身，继续处理下一个字符。

效率分析对比

优化前后的方法效率对比如下：

执行次数	数据量	花费时间(ms)	[优化]花费时间(ms)
1	10	0	0
2	102	0	0
3	103	3	0
4	104	7	1
5	105	44	6
6	106	238	42

本文所实现方法的时间复杂度是 O(10^k)，其中 k 是字符数组中星号的数量。

随着星号数量的增加，可能的替换结果数量呈指数级增长，那么这个方法会变得非常耗时。因此，在处理具有大量星号的字符数组时，考虑到时间复杂度的增长，需要优化算法处理。