漫画:如何实现大整数相加?

亦凉 2023-07-13 03:08 88阅读 0赞

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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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第三组相加的是数组A的第3个元素3和数组B的第3个元素1,结果是4,把4填充到Result数组的对应下标:

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第四组相加的是数组A的第4个元素2和数组B的第4个元素3,结果是5,把5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:

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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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  1. /**
  2. * 大整数求和
  3. * @param bigNumberA 大整数A
  4. * @param bigNumberB 大整数B
  5. */
  6. public static String bigNumberSum(String bigNumberA, String bigNumberB) {
  7. //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
  8. int maxLength = bigNumberA.length() > bigNumberB.length() ? bigNumberA.length() : bigNumberB.length();
  9. int[] arrayA = new int[maxLength+1];
  10. for(int i=0; i< bigNumberA.length(); i++){
  11. arrayA[i] = bigNumberA.charAt(bigNumberA.length()-1-i) - '0';
  12. }
  13. int[] arrayB = new int[maxLength+1];
  14. for(int i=0; i< bigNumberB.length(); i++){
  15. arrayB[i] = bigNumberB.charAt(bigNumberB.length()-1-i) - '0';
  16. }
  17. //2.构建result数组,数组长度等于较大整数位数+1
  18. int[] result = new int[maxLength+1];
  19. //3.遍历数组,按位相加
  20. for(int i=0; i<result.length; i++){
  21. int temp = result[i];
  22. temp += arrayA[i];
  23. temp += arrayB[i];
  24. //判断是否进位
  25. if(temp >= 10){
  26. temp = temp-10;
  27. result[i+1] = 1;
  28. }
  29. result[i] = temp;
  30. }
  31. //4.把result数组再次逆序并转成String
  32. StringBuilder sb = new StringBuilder();
  33. //是否找到大整数的最高有效位
  34. boolean findFirst = false;
  35. for (int i = result.length - 1; i >= 0; i--) {
  36. if(!findFirst){
  37. if(result[i] == 0){
  38. continue;
  39. }
  40. findFirst = true;
  41. }
  42. sb.append(result[i]);
  43. }
  44. return sb.toString();
  45. }
  46. public static void main(String[] args) {
  47. System.out.println(bigNumberSum("426709752318", "95481253129"));
  48. }

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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。

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