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LeetCode/字符串相乘

作者:互联网

给定两个以字符串形式表示的非负整数 num1 和 num2,返回 num1 和 num2 的乘积,它们的乘积也表示为字符串形式。

扩充(字符串相加)
class Solution {
public:
    string addStrings(string num1, string num2) {
        int i = num1.length() - 1, j = num2.length() - 1, add = 0;//这里是从后往前,不必要转过来再从前往后
        string ans = "";
        while (i >= 0 || j >= 0 || add != 0) {//没加完或者有进位继续循环
            int x = i >= 0 ? num1[i] - '0' : 0;//这里通过补0统一操作
            int y = j >= 0 ? num2[j] - '0' : 0;//这里通过补0统一操作
            int result = x + y + add;
            ans.push_back('0' + result % 10);//倒序插入、方便内存动态扩充
            add = result / 10;//判断是否进位
            i -= 1;//num1指针前移
            j -= 1;//num2指针前移
        }
        // 计算完以后的答案需要翻转过来
        reverse(ans.begin(), ans.end());
        return ans;
    }
};

1. 方法一(直接错位拼接)

对于两字符串相乘,首先将问题拆分成,字符与字符串的乘积,后面对字符串拼接求和即可
接着继续把字符与字符串乘积拆分成,字符与字符的乘积,这里可以直接转换成整型计算,同时用可动态扩充的结构倒序存储
这样一趟就计算出一个字符与字符串的乘积,再将每个字符与字符串乘积错位拼接,这里直接拼接

直接错位拼接(有问题但找不出来?)
class Solution {
public:
    //问题关键在于怎么存储
string multiply(string num1, string num2) {
    if(num1=="0"||num2=="0") return "0";
    string cur;//存储一次运算得到乘积
    string sum = "";
    for (int i = 0; i < num2.size(); i++) {//从高位往低位求和,求和保证每次错开一位
        cur = times(num1, num2[i]);
        sum = link(cur, sum);//每次sum求和时后移一位错位求和,相当与乘10,也相当于补0
    }
    for (auto& x : sum) x = x + '0';//转换成字符
    reverse(sum.begin(), sum.end());
    return sum;
}

string times(string num, char x) {//单个字符与字符串相乘
    int n = num.size();
    string cur = "";
    int add = 0;
    for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
        int product = (x - '0') * (num[i] - '0') + add;
        cur.push_back(product % 10);
        add = product / 10;
    }
    if (add > 0) cur.push_back(add);//倒序存放乘得的大数
    return cur;//保留倒序,用于拼接
}
//错位拼接两个字符串
string link(string num1, string num2) {//一前一后错一位
    string sum;
    sum.push_back(num1[0]);//错位求和,num1第一位不用求
    bool flag = false;
    int i = 1;//由于是倒序,从前往后即可
    while (i < num1.size() && i - 1 < num2.size()) {
        int product = num1[i] + num2[i - 1] + flag;
        i = i + 1;
        sum.push_back(product % 10);
        if (product / 10 == 0) flag = false;//判断是否进位
        else flag = true;
    }
    //拼接剩余的
    while (i < num1.size()) {
        sum.push_back((num1[i] + flag) % 10);
        i = i + 1;
        if (flag && ((num1[i] + flag) / 10) == 0) flag = false;//只要一次没进位就不用进了
    }
    while (i - 1 < num2.size()) {
        sum.push_back((num2[i - 1]  + flag) % 10);
        i = i + 1;
        if (flag && ((num2[i - 1] + flag) / 10) == 0) flag = false;//只要一次没进位就不用了       
    }
    if (flag) sum.push_back(flag);
    return sum;
}
};

2. 方法二(补0错位求和)

先计算每个字符和整条字符串的乘积,注意进位,倒序放入,方便内存扩充,然后考虑如何将每个字符与字符串的乘积加起来,
这里是在遍历字符的时候,从后往前,所以一开始对用于存放结果的字符串补0即可,随着遍历趟数增加,补充0的数目也逐渐增加
补充的0逻辑上相当于放在了低位,实现累加时的错位

补0错位
class Solution {
public:
    string multiply(string num1, string num2) {
        if (num1 == "0" || num2 == "0")
            return "0";//0乘任何数为0
        string ans = "0";//当前错位累加和,初始值为0
        int m = num1.size(), n = num2.size();
        for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {//从num2最后一位开始,遍历一次是与num1全部相乘的一个结果
            string curr;//当前
            int add = 0;
            for (int j = n - 1; j > i; j--)//往低位补0实现错位,每遍历一次多补一个0
                curr.push_back(0);
            int y = num2.at(i) - '0';//从后往前取num2整型
            //遍历完即实现一个字符与字符串相乘
            for (int j = m - 1; j >= 0; j--) {//从后往前取num1,其运算逻辑本来也是从低位到高位
                int x = num1.at(j) - '0';//转换num1整型
                int product = x * y + add;//运算出一位相乘的结果
                curr.push_back(product % 10);//存储
                add = product / 10;//记录进位
            }
            //如果最后有进位,记得补上
            while (add != 0) {
                curr.push_back(add % 10);
                add /= 10;
            }
            reverse(curr.begin(), curr.end());//反转过来该求和,得到真正的一次结果
            for (auto &c : curr) {
                c += '0';}
            ans = addStrings(ans, curr);//字符串求和
        }
        return ans;
    }
    string addStrings(string &num1, string &num2)//实现字符串相加功能,倒序加再动态扩充,注意进位,实现见开头      
};

3. 方法三(直接存放)

num1[i]与num2[j]的乘积会在最后结果的num[i+j+1]位,所以直接将位与位的计算结果存储即可
先乘积求和存储,最后全部运算完再考虑进位问题,这里就需要再倒序了,因为内存已经确定

直接存放
class Solution {
public:
    string multiply(string num1, string num2) {
        if (num1 == "0" || num2 == "0") return "0";//零与任何数乘积为0
        int m = num1.size(), n = num2.size();//记录两数长度
        auto ansArr = vector<int>(m + n);//直接分配数组空间
        //全遍历消耗O(m×n)时间复杂度
        for (int i = m - 1; i >= 0; i--) {//从后往前遍历num1中每一个数
            int x = num1.at(i) - '0';//转换成整形
            for (int j = n - 1; j >= 0; j--) {//从后往前遍历num2中每一个数
                int y = num2.at(j) - '0';//转换成整形
                ansArr[i + j + 1] += x * y;//记录乘积结果
            }
        }
        //再单独整理成只含0~9范围的数,前面遍历过程无法整理
        for (int i = m + n - 1; i > 0; i--) {
            ansArr[i - 1] += ansArr[i] / 10;//超出部分进一位
            ansArr[i] %= 10;//原位置保留小于10的数
        }
        int index = ansArr[0] == 0 ? 1 : 0;//记录数进位后最终截止位置
        string ans;
        while (index < m + n) {
            ans.push_back(ansArr[index]);
            index++;
        }
        for (auto &c: ans)  c += '0';
        return ans;
    }
};

4. 方法四(快速傅里叶卷积运算)

这里相当于是对方法三进行优化,方法三相当于求了两字符串乘积运算时,两字符串各位对影响最终结果每一位的乘积求和
ansArr[i + j + 1] = num1[i] * num2[j],多分配一位为了存储最后可能的进位

其实也就是Ci=∑akbi-k,实质上,乘法的结果序列c也就是序列a与序列b的卷积

标签:10,string,num2,int,add,相乘,字符串,LeetCode,num1
来源: https://www.cnblogs.com/929code/p/16328977.html