算法:如何实现大整数相加?

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-03-28 11:26 350阅读 0赞

算法题:给你两个很大很大的整数(如100位整数),如何求出它们的和?

思路:小学数学竖式拆分,各个击破。

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在程序中列出的 “竖式” 究竟是什么样子呢?我们以 426709752318 + 95481253129 为例,来看看大整数相加的详细步骤:

第一步,把整数倒序存储,整数的个位存于数组0下标位置,最高位存于数组长度-1下标位置。之所以倒序存储,更加符合我们从左到右访问数组的习惯。

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第二步,创建结果数组,结果数组的最大长度是较大整数的位数+1,原因很明显。

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第三步,遍历两个数组,从左到右按照对应下标把元素两两相加,就像小学生计算竖式一样。

例子中,最先相加的是数组A的第1个元素8和数组B的第1个元素9,结果是7,进位1。把7填充到Result数组的对应下标,进位的1填充到下一个位置:

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第二组相加的是数组A的第2个元素1和数组B的第2个元素2,结果是3,再加上刚才的进位1,把4填充到Result数组的对应下标:

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以此类推……一直把数组的所有元素都相加完毕:

第四步,把Result数组的全部元素再次逆序,去掉首位的,就是最终结果:

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PHP版本代码如下:

  1. /**
  2. *大整数求和
  3. *@param$bigNumberA 大整数Astring
  4. *@param$bigNumberB 大整数Bstring
  5. */
  6. function bigNumberSum($bigNumberA,$bigNumberB){
  7. //字符串逆转,拆分为数组
  8. $arrA = $arrB = array();
  9. $lenA = strlen($bigNumberA);
  10. for($i=0;$i<$lenA;$i++){
  11. $arrA[$i] = $bigNumberA[$lenA-$i-1];
  12. }
  13. $lenB = strlen($bigNumberB);
  14. for($i=0;$i<$lenB;$i++){
  15. $arrB[$i] = $bigNumberB[$lenB-$i-1];
  16. }
  17. //1.把两个大整数用数组逆序存储,数组长度等于较大整数位数+1
  18. $maxLength = ($lenA >= $lenB) ? $lenA : $lenB;
  19. $maxLength +=1;
  20. //2.构建result数组,数组长度等于较大整数位数+1,
  21. $arrSum = array();
  22. for($i=0;$i<$maxLength;$i++){
  23. $arrSum[$i] = 0;
  24. }
  25. //3.遍历数组,按位相加
  26. for($i=0;$i<$maxLength;$i++){
  27. //$arrA,$arrB 数组个数不够补0;
  28. if(!isset($arrA[$i])){
  29. $arrA[$i] = 0;
  30. }
  31. if(!isset($arrB[$i])){
  32. $arrB[$i] = 0;
  33. }
  34. $temp = $arrSum[$i];
  35. $temp += $arrA[$i]+$arrB[$i];
  36. //判断是否进位
  37. if($temp >= 10){
  38. $temp = $temp-10;
  39. $arrSum[$i] = $temp;
  40. $arrSum[$i+1] = 1;
  41. }else{
  42. $arrSum[$i] = $temp;
  43. }
  44. }
  45. //var_dump($arrSum);
  46. //4.把result数组再次逆序并转成String
  47. $strSum = '';
  48. for($i=0;$i<$maxLength;$i++){
  49. $strSum .= $arrSum[$maxLength-$i-1];
  50. }
  51. return ltrim($strSum,'0'); //去前导0
  52. }
  53. echo bigNumberSum('426709752318','95481253129');

时间复杂度:O(n);

如何优化呢?

我们之前是把大整数按照每一个十进制数位来拆分,比如较大整数的长度有50位,那么我们需要创建一个51位的数组,数组的每个元素存储其中一位。

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我们真的有必要把原整数拆分得那么细吗?显然不需要,只需要拆分到可以被直接计算的程度就够了。

int类型的取值范围是 -2147483648——2147483647,最多有10位整数。为了防止溢出,我们可以把大整数的每9位作为数组的一个元素,进行加法运算。(这里也可以使用long类型来拆分,按照int范围拆分仅仅是提供一个思路)

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如此一来,占用空间和运算次数,都被压缩了9倍

参考文章:https://mp.weixin.qq.com/s/GXclPfm_L2kIGAjgLSPX5g

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