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【演算法實戰系列】之兩數相加

給出兩個 非空 的連結串列用來表示兩個非負的整數。其中,它們各自的位數是按照 逆序 的方式儲存的,並且它們的每個節點只能儲存 一位 數字。

如果,我們將這兩個數相加起來,則會返回一個新的連結串列來表示它們的和。

您可以假設除了數字 0 之外,這兩個數都不會以 0 開頭。

示例:

輸入:(2 -> 4 -> 3) + (5 -> 6 -> 4)
輸出:7 -> 0 -> 8
原因:342 + 465 = 807

提供的程式碼:

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) { val = x; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
    
    }
}

題目解析:

我們使用變數來跟蹤進位,並從包含最低有效位的表頭開始模擬逐位相加的過程。

就相當於你在紙上面計算的和那樣,我們首先從最低有效位也就是列表的 l1 和 l2 的表頭開始相加。分析題目給出的數,每位數字都應當處於0-9的範圍內,我們計算兩個數字的和時可能會出現“溢位”。例如,5+9=14,這種情況況下,我們會將當前位置設定為4,並將進位carry = 1帶入下一次迭代。進位carry必定是0或者1,因為兩個10以內相加的數,絕壁小於20,即使在加上carry,比如 9+9+1 = 19,是不會超過20的。

虛擬碼:

  • 將當前結點初始化為返回列表的啞結點
  • 將進位carry初始化為0
  • 建立兩個ListNode物件p和q,分別初始化為列表 l1 和 l2的頭部
  • 遍歷列表 l1 和 l2 直至到達它們的尾端
    • 將 x 設為結點p的值。如果p已經到達 l1 的末尾,則將其值設定為0
    • 將 y 設為結點q的值。如果q已經到達 l2 的末尾,則將其值設定為0
    • 計算出它們之間的和:sum = x + y + carry
    • 更新進位的值,carry = sum / 10,int 型別的變數會抹去小數點之後的數
    • 建立一個數值為sum(new ListNode( sum ))的新結點,並將其設定為當前節點的下一個結點,然後將當前節點前進到下一個結點
    • 同時,將p和q前進到下一個結點
  • 檢查carry = 1是否成立,如果成立,則向返回列表追加一個含有數字1的新結點
  • 返回啞結點的下一個節點。

啞結點啞節點(dummy node)是初始值為NULL的節點,建立在使用到連結串列的函式中,可以起到避免處理頭節點為空的邊界問題的作用,減少程式碼執行異常的可能性。也就是說,啞節點的使用可以對程式碼起到簡化作用省略當函式的入口引數為空時的判斷)。

如果沒有啞結點,則需要寫其他的條件判斷來初始化表頭的值。

 

根據虛擬碼轉換程式碼:

定義一個啞結點:ListNode  dummyNode = new ListNode(0);

將進位carry初始化為0:int carry = 0;

建立兩個ListNode物件p和q,分別初始化為列表l1和l2的頭部:ListNode p = l1,q = l2; 

這裡還要建立一個ListNode 物件:curr = dummyNode; 相當於在陣列中交換兩個位置的數,需要用到第三個變數temp,這裡的curr的作用就是這樣。

遍歷列表l1和l2直至到達它們的尾端(就是遍歷p和q):while(p != null || q != null) { }

將 x 設為結點p的值。如果p已經到達 l1 的末尾,則將其值設定為0:int x = (p != null) ? p.val : 0;

將 y 設為結點q的值。如果q已經到達 l2 的末尾,則將其值設定為0:int y = (q != null) ? q.val : 0;

計算出它們之間的和:sum = x + y + carry

更新進位的值,carry = sum / 10,int 型別的變數會抹去小數點之後的數

建立一個數值為sum(new ListNode( sum ))的新結點:new ListNode(sum % 10);

並將其設定為當前節點的下一個結點:curr.next = new ListNode(sum % 10); 

然後將當前節點前進到下一個結點:curr = curr.next;

同時,將p和q前進到下一個結點:if(p != null) p = p.next;   if( q != null ) q = q.next;

檢查carry = 1是否成立,如果成立,則向返回列表追加一個含有數字1的新結點:curr.next = new ListNode(carry);

返回啞結點的下一個節點:return dummyNode.next;

 

最後程式碼為:

class Solution {
    public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
        ListNode dummyHead = new ListNode(0);
        ListNode p = l1, q = l2, curr = dummyHead;
        int carry = 0;
        while (p != null || q != null) {
            int x = (p != null) ? p.val : 0;
            int y = (q != null) ? q.val : 0;
            int sum = carry + x + y;
            carry = sum / 10;
            curr.next = new ListNode(sum % 10);
            curr = curr.next;
            if (p != null) p = p.next;
            if (q != null) q = q.next;
        }
        if (carry > 0) {
            curr.next = new ListNode(carry);
        }
        return dummyHead.next;
    }
    
}

執行結果為: