LeetCode算法(2)---两数相加

题目:

给出两个 非空 的链表用来表示两个非负的整数。其中,它们各自的位数是按照 逆序 的方式存储的,并且它们的每个节点只能存储 一位 数字。

如果,我们将这两个数相加起来,则会返回一个新的链表来表示它们的和。

您可以假设除了数字 0 之外,这两个数都不会以 0 开头。

示例:

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

解决方案:

方法一:初等数学

思路

我们使用变量来跟踪进位,并从包含最低有效位的表头开始模拟逐位相加的过程。
对两数相加方法的可视化: 342 + 465 = 807342+465=807, 每个结点都包含一个数字,并且数字按位逆序存储。
算法

就像你在纸上计算两个数字的和那样,我们首先从最低有效位也就是列表 l1 和 l2 的表头开始相加。由于每位数字都应当处于 0…9 的范围内,我们计算两个数字的和时可能会出现“溢出”。例如,5 + 7 = 12。在这种情况下,我们会将当前位的数值设置为 2,并将进位 carry = 1 带入下一次迭代。进位 carry 必定是 0 或 1,这是因为两个数字相加(考虑到进位)可能出现的最大和为 9 + 9 + 1 = 19。
伪代码如下:

  • 将当前结点初始化为返回列表的哑结点。

  • 将进位 carry 初始化为 0。

  • 将 p 和 q 分别初始化为列表 l1 和 l2 的头部。

  • 遍历列表 l1 和 l2 直至到达它们的尾端。

  • 将 x 设为结点 p 的值。如果 p 已经到达 l1 的末尾,则将其值设置为 00。

     (1)将 y 设为结点 q 的值。如果 q 已经到达 l2 的末尾,则将其值设置为 00。
     (2)设定 sum = x + y + carry。
     (3)更新进位的值,carry = sum / 10。
     (4)创建一个数值为 (sum mod 10) 的新结点,并将其设置为当前结点的下一个结点,然后将当前结点前进到下一个结点。
     (5)同时,将 p 和 q 前进到下一个结点。
    
  • 检查 carry = 1 是否成立,如果成立,则向返回列表追加一个含有数字 1 的新结点。

  • 返回哑结点的下一个结点。

请注意,我们使用哑结点来简化代码。如果没有哑结点,则必须编写额外的条件语句来初始化表头的值。

public ListNode addTwoNumbers2(ListNode l1, ListNode l2) {
		//dummyHead就是要求输出的链表
	    ListNode dummyHead = new ListNode(0);
	    ListNode p = l1, q = l2, curr = dummyHead;
	    //carry:进位符号,取值只有0/1,int类型方便加法运算
	    int carry = 0;
	    while (p != null || q != null) {
	    	//重点:此处每次遍历都新建x,y。其值为val,若当前节点为空则值设置为0。
	    	//如果 p 已经到达 l1 的末尾,则将其值设置为 0
	        int x = (p != null) ? p.val : 0;
	        int y = (q != null) ? q.val : 0;
	        
	        int sum = carry + x + y;
	        carry = sum / 10;//为0或1
	        curr.next = new ListNode(sum % 10);//sum%10 就是 剩下的数字
	        curr = curr.next;
	        //如果下一个不是空,则.next
	        if (p != null) p = p.next;
	        if (q != null) q = q.next;
	    }
	    if (carry > 0) {
	        curr.next = new ListNode(carry);
	    }
	    return dummyHead.next;
	}

复杂度分析:

时间复杂度:O(max(m,n)),假设 m 和 n 分别表示 l1 和 l2 的长度,上面的算法最多重复 max(m,n) 次。

空间复杂度:O(max(m,n)), 新列表的长度最多为max(m,n)+1。

方法二:迭代(我的答案)

思路:
迭代计算。分四种情况:(1)l1空 (2)l2空 (3)都为空 (4)都不为空
每个迭代的过程:
新建一个result的节点;
判断是否都为空,是则结束迭代;

若都不为空,则计算并保存当前result的val属性,如果 出现进位则将下一个节点(l1或者l2的.next)val属性加一。(此处还需分多种情况,很不方便,在后续改善)
接着继续往下迭代。

若有个节点为空,则在进行加法运算时不考虑那个节点。并把迭代的下一个参数也传入为null。

//我的答案
    public static ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
    	
    	//rusult就是要求的链表
    	//使用迭代的方法完成
    	ListNode result;

    	
    	//四种情况:(1)l1空  (2)l2空  (3)都为空  (4)都不为空
    	//当两个都不是空的时候
		if(l1!=null&&l2!=null) {
			
			if (l1.val+l2.val<10) {
				//若<10直接加,存放到result.val中
	        	result = new ListNode(l1.val+l2.val);
	        	result.next = addTwoNumbers(l1.next,l2.next);
	        }else {
	        	//若>10,则减去10后相加
	        	result = new ListNode(l1.val+l2.val-10);
	        	
	        	//接着将进位的1直接加到下一个节点的val中
	        	//此时需要判断下一个节点是否为空:
	        	//三种情况(1)l1空  (2)l2空  (3)都为空
	        	if(l1.next!=null){
                    l1.next.val++;
                }else if(l2.next!=null){
                    l2.next.val++;
                }else {
                	//都为空则强行赋予一个节点,val为1
                	l1.next = new ListNode(1);
                }
	        	result.next = addTwoNumbers(l1.next,l2.next);
	        }
		}else if (l1!=null&&l2==null){
			//以下为对应处理方法,基本对偶
            if (l1.val<10){
                result = new ListNode(l1.val);
			    result.next = addTwoNumbers(l1.next,null);
            }else{
                result = new ListNode(l1.val-10);
			    result.next = addTwoNumbers(l1.next,new ListNode(1));
            }
			
		}else if (l1==null&&l2!=null){
			if (l2.val<10){
                result = new ListNode(l2.val);
			    result.next = addTwoNumbers(null,l2.next);
            }else{
                result = new ListNode(l2.val-10);
			    result.next = addTwoNumbers(new ListNode(1),l2.next);
            }
		}else {
			return null;
		}
        
        return result;
    }

改进的迭代答案

(不可行)
根据标准答案的思路改进,引入carry位。
由于迭代的传入参数已经固定 ,只能为l1 和 l2。故进位的carry值无法传入到下一次迭代中,一直重置为0导致错误。
暂未发现解决方案。

//===============我的答案(改进后)[有错误]
    public static ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
    	
    	//rusult就是要求的链表
    	//使用迭代的方法完成
    	ListNode result;
    	
    		int carry = 0;//进位
    	
    	
    	//四种情况:(1)l1空  (2)l2空  (3)都为空  (4)都不为空
    	//当两个有一个不是空的时候
		if(l1!=null||l2!=null) {
			
			//若为空则计算0
			int x = l1!=null?l1.val:0;
			int y = l2!=null?l2.val:0;
			
			int num = x + y + carry;
			System.out.println(num);
			result = new ListNode(num%10);
			
			carry = num/10;
			
			//先判断空,在判断.next是否为空
			l1 = (l1!=null)&&(l1.next!=null)?l1.next:null;
			l2 = (l2!=null)&&(l2.next!=null)?l2.next:null;
			
	        result.next = addTwoNumbers(l1,l2);
	        
		}else {
			return null;
		}
        
        return result;
    }

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