使二进制字符串交替所需的最小交换

有一个二进制字符串，现在需要将字符串中的 0 和 1 交替出现，求最少需要交换多少次才能达到要求。

例如，字符串为 "1100"，可以通过将第一位和第三位交换，第二位和第四位交换，得到 "1010"，需要交换的次数为 2。

解题思路

考虑分两种情况：

1. 当字符串中 0 和 1 的数量相同时，需要使相邻的两个字符都不相同，即交替出现。此时最少需要交换的次数为将所有 0 移到字符串前面或将所有 1 移到字符串前面的两者中的较小值。

2. 当字符串中 0 和 1 的数量不同时，假设 0 的数量多，那么需要将前面的一些 0 替换成 1 使得相邻的两个字符不相同。此时最少需要交换的次数为将前面多余的 0 移动到后面所需要的次数。

代码实现

以下是 Python 语言实现上述思路的示例代码：

def min_swaps(s: str) -> int:
    cnt0 = cnt1 = 0
    for c in s:
        if c == '0':
            cnt0 += 1
        else:
            cnt1 += 1
    if cnt0 == cnt1:
        return min(count(s, '1', '0'), count(s, '0', '1'))
    elif abs(cnt0 - cnt1) == 1:
        if cnt0 > cnt1:
            return count(s, '0', '1')
        else:
            return count(s, '1', '0')
    else:
        return -1

def count(s: str, c1: str, c2: str) -> int:
    cnt = 0
    for i in range(len(s)):
        if i % 2 == 0 and s[i] != c1:
            cnt += 1
        elif i % 2 == 1 and s[i] != c2:
            cnt += 1
    return cnt // 2

其中 min_swaps 函数接受一个二进制字符串，返回最少需要进行的交换次数，如果无法达到要求，则返回 -1。 count 函数是一个辅助函数，用于计算交换次数。示例代码中使用了 Python 中的类型提示技术，可以使代码更加清晰易懂。

总结

本文介绍了求解使二进制字符串交替所需的最小交换次数的方法，并给出了 Python 语言的实现。这是一个较为简单的问题，但需要注意对各种边界情况的处理，方能得出正确的结果。