306. 累加数(Python)

题目

难度:★★★☆☆
类型:字符串
方法:回溯法

传送门

累加数是一个字符串,组成它的数字可以形成累加序列。

一个有效的累加序列必须至少包含 3 个数。除了最开始的两个数以外,字符串中的其他数都等于它之前两个数相加的和。

给定一个只包含数字 '0'-'9' 的字符串,编写一个算法来判断给定输入是否是累加数。

说明: 累加序列里的数不会以 0 开头,所以不会出现 1, 2, 03 或者 1, 02, 3 的情况。

示例

示例 1:

输入: "112358"
输出: true
解释: 累加序列为: 1, 1, 2, 3, 5, 8 。1 + 1 = 2, 1 + 2 = 3, 2 + 3 = 5, 3 + 5 = 8

示例 2:

输入: "199100199"
输出: true
解释: 累加序列为: 1, 99, 100, 199。1 + 99 = 100, 99 + 100 = 199
进阶:
你如何处理一个溢出的过大的整数输入?

解答

我们使用回溯法来解决这个问题。只要确定了前两个数字num1和num2,这种组合状态下能否使整个数字成为累加数已经可以确定了。

我们设置两个位置参数i和j,用来定位这两个数字(两个数字是相接的),num1=num[0:i],num2=num[i:j],剩余数字res=num[j:],循环遍历。

回溯算法的设计。
回溯函数的输入为两个数字和剩余字符,分别用n1,n2和r表示,我们将n1和n2的和记为s,注意数据类型;
是累加数的充要条件是s与r完全相等。
可以断定不是累加数的充要条件是:和s的长度已经大于剩余r长度,或者r不是以s开头的。
其他情况下,需要调用本函数继续回溯,这时的两个输入数字都要改变,n1替换成n2,n2替换成它们的和s,r替换成去掉从中s后的剩余数字。

回溯的思想体现在,每当遇到绝对不可以满足条件的情况,函数直接返回False,进行下一轮循环,避免了多余的计算,这也是回溯法通过剪枝的方式优于暴力求解的重要原因。

class Solution:

    def isAdditiveNumber(self, num: str) -> bool:
        """
        | n1 | n2 | ....
        0    i    j
        两个分界点,分别用i和j来表示。

        :param num:
        :return:
        """
        if len(num) < 3:
            return False

        def backtrack(n1, n2, r):
            """
            开始回溯。
            :param n1: 第一个数字。
            :param n2: 第二个数字。
            :param r: 剩下的数字。
            :return:
            """
            s = str(int(n1) + int(n2))
            if s == r:
                return True
            elif len(s) > len(r) or r[:len(s)] != s:
                return False
            else:
                return backtrack(n2, s, r[len(s):])

        def is_invalid_num(n):
            """
            判断是否为非法数字,以0开头,例如01,065
            :param n:
            :return:
            """
            return len(n) > 1 and n[0] == '0'

        for i in range(1, len(num) + 1):                            # 找到第一个数:num[:i]
            for j in range(i + 1, len(num)):                        # 找到第二个数:num[i:j]
                num1, num2, rest = num[:i], num[i:j], num[j:]
                if is_invalid_num(num1) or is_invalid_num(num2):    # 避免0开头的非0数
                    continue
                if backtrack(num1, num2, rest):
                    return True
        return False

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