【Python 千题 —— 算法篇】字符串替换

在日常编程中，我们经常会遇到需要对字符串中的特定字符或子串进行替换的需求。比如，替换文本中的敏感词汇、修改文本中的标记符号、修正输入中的错误字符等。字符串替换在文本处理、数据清洗、格式转换等任务中非常常见。

了解并掌握多种字符串替换方法，不仅可以提高代码的可读性和效率，还能更灵活地处理复杂的文本操作需求。本篇将介绍几种常见的字符串替换方法，并讨论它们的优缺点。

题目描述

编写一个函数 replace_substring()，该函数接收三个参数：一个目标字符串 s，一个子串 old_sub，以及一个替换子串 new_sub。要求将目标字符串中所有出现的 old_sub 替换为 new_sub，并返回替换后的新字符串。

函数需满足以下要求：

1. 定义一个函数 replace_substring(s, old_sub, new_sub)，返回替换后的字符串。
   • 输入为空字符串时，返回空字符串。
   • 输入 old_sub 不存在于字符串中时，返回原字符串。
2. 实现至少三种不同的替换方法，并讨论每种方法的优缺点。
3. 考虑特殊字符、大小写敏感性等问题，给出灵活的替换方案。

输入描述

• 一个目标字符串 s。
• 一个待替换的子串 old_sub。
• 一个用于替换的子串 new_sub。

输出描述

• 返回一个新的字符串，将目标字符串中所有出现的 old_sub 替换为 new_sub。

示例

示例 ①

输入：

# 调用 replace_substring() 函数
print(replace_substring("hello world", "world", "Python"))
print(replace_substring("hello world", "Java", "Python"))
print(replace_substring("", "world", "Python"))

输出：

"hello Python"
"hello world"
""

代码讲解与多种解法

解法一：使用内置 replace() 方法

Python 提供了内置的 replace() 方法，它可以轻松地将字符串中的某个子串替换为另一个子串。使用该方法，可以快速实现需求。

def replace_substring(s, old_sub, new_sub):
    if not s:
        return ""
    return s.replace(old_sub, new_sub)

优点：

• replace() 是 Python 的内置方法，使用简单，性能较高。
• 该方法会替换字符串中出现的所有指定子串，非常适合简单替换任务。

缺点：

• 无法针对替换的次数进行精细控制。
• 对于复杂的替换规则（如大小写不敏感替换、正则替换）处理能力有限。

解法二：使用正则表达式 re.sub()

如果要处理更复杂的字符串替换任务，比如基于模式的替换或者大小写不敏感替换，Python 的 re 模块中的 sub() 函数是一个强大的工具。

import re

def replace_substring(s, old_sub, new_sub):
    if not s:
        return ""
    pattern = re.compile(re.escape(old_sub), re.IGNORECASE)  # 大小写不敏感
    return pattern.sub(new_sub, s)

优点：

• 正则表达式允许更灵活的模式匹配和替换操作。
• 支持大小写不敏感替换，可以处理复杂的字符串替换需求。

缺点：

• 语法相对复杂，初学者可能不太容易掌握。
• 对于简单的替换操作可能显得过于繁琐。

解法三：通过 split() 和 join() 方法替换

可以使用 split() 方法将字符串按子串 old_sub 进行拆分，然后通过 join() 方法将拆分后的字符串列表用 new_sub 连接起来，从而实现替换效果。

def replace_substring(s, old_sub, new_sub):
    if not s:
        return ""
    return new_sub.join(s.split(old_sub))

优点：

• split() 和 join() 方法组合能够实现替换功能，并且可以手动控制替换细节。
• 非常适合分隔符替换的场景，如替换文件路径中的反斜杠。

缺点：

• 当子串出现频率较高时，性能较差，因为 split() 会生成较大的列表。
• 无法进行复杂的模式匹配替换。

总结与思考

在字符串替换中，根据需求选择合适的方法非常重要。replace() 方法是最简单且高效的替换方式，适合大部分常见的字符串替换需求。re.sub() 则提供了正则表达式支持，适合复杂的替换规则，如大小写不敏感或特定格式的替换。split() 和 join() 的组合方法则在某些特定场景下具有独特的优势，比如当我们只需替换特定分隔符时。

扩展思考： 在某些场景下，可能不仅仅需要替换，还需要计数或统计替换操作的次数。如果有这样的需求，可以结合字符串查找方法或正则表达式的匹配方法来进行处理。

在实际应用中，性能和代码可读性也是需要考虑的因素。如果替换任务非常简单且频繁，replace() 是一个非常好的选择；如果遇到复杂的文本替换场景，如敏感词过滤，正则表达式则更为合适。

希望通过本文你能够掌握字符串替换的多种实现方法，并能够在实际开发中灵活应用这些技术。不同的替换方法适用于不同的场景，选择合适的方法能帮助你编写出更简洁、高效的代码。