「力扣」第 93 题:复原 IP 地址(回溯算法)题解

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「力扣」第 93 题:复原 IP 地址(回溯算法)题解

2024-07-14 17:51| 来源: 网络整理| 查看: 265

「力扣」题解链接:回溯算法(画图分析剪枝条件)。

题目描述:

给定一个只包含数字的字符串,复原它并返回所有可能的 IP 地址格式。

示例:

输入: "25525511135" 输出: ["255.255.11.135", "255.255.111.35"]

思路分析:回溯算法事实上就是在一个树形问题上做深度优先遍历,因此首先需要把问题转换为树形问题。这里请大家一定要拿起纸和笔,模拟一下如何通过指定的字符串 s 生成 IP 地址的过程,把树形图画出来(这一点很重要)。

下面这张图我没有画完(如果画完,枝叶太多),请读者尽量不看我画的这张图,自己动手尝试一下这个问题的树形图应该怎么画。

在画树形图的过程中,你一定会发现有些枝叶是没有必要的,把没有必要的枝叶剪去的操作就是剪枝,在代码中一般通过 break 或者 contine 和 return (表示递归终止)实现。 「力扣」第 93 题:复原 IP 地址-1 分析剪枝条件(下面只写出一些我想到的要点,有些点能想到,但是编码很复杂,我就没有写了):

1、一开始,字符串的长度小于 4 或者大于 12 ,一定不能拼凑出合法的 ip 地址(这一点可以一般化到中间结点的判断中,以产生剪枝行为);

2、每一个结点可以选择截取的方法只有 3 种:截 1 位、截 2 位、截 3 位,因此每一个结点可以生长出的分支最多只有 3 条分支;

根据截取出来的字符串判断是否是合理的 ip 段,这里写法比较多,可以先截取,再转换成 int ,再判断。我采用的做法是先转成 int,是合法的 ip 段数值以后,再截取。

3、由于 ip 段最多就 4 个段,因此这棵三叉树最多 4 层,这个条件作为递归终止条件之一;

4、每一个结点表示了求解这个问题的不同阶段,需要的状态变量有:

splitTimes:已经分割出多少个 ip 段;begin:截取 ip 段的起始位置;path:记录从根结点到叶子结点的一个路径(回溯算法常规变量,是一个栈);res:记录结果集的变量,常规变量。

总结:这个问题思想不难,但是细节比较繁琐,什么时候递归终止,如何手动截取字符串,再转换成 int 类型,还有如何在中间结点发现可以剪枝,这些细节需要在编码的时候考虑清楚。

有一些编码细节写在代码注释中,供大家参考,可能还有漏掉的地方,欢迎大家给出意见。我给出的代码执行时间也不是很好。

参考代码 1: 这一版代码比较慢,原因有可能是剪枝判断太多了,也有可能是 ipSegment + "" 这个操作耗时。

Java 代码:

import java.util.ArrayDeque; import java.util.ArrayList; import java.util.Deque; import java.util.List; import java.util.Stack; public class Solution { public List restoreIpAddresses(String s) { int len = s.length(); List res = new ArrayList(); // 如果长度不够,不搜索 if (len 12) { return res; } Deque path = new ArrayDeque(4); int splitTimes = 0; dfs(s, len, splitTimes, 0, path, res); return res; } /** * 判断 s 的子区间 [left, right] 是否能够成为一个 ip 段 * 判断的同时顺便把类型转了 * * @param s * @param left * @param right * @return */ private int judgeIfIpSegment(String s, int left, int right) { int len = right - left + 1; // 大于 1 位的时候,不能以 0 开头 if (len > 1 && s.charAt(left) == '0') { return -1; } // 转成 int 类型 int res = 0; for (int i = left; i 255) { return -1; } return res; } private void dfs(String s, int len, int split, int begin, Deque path, List res) { if (begin == len) { if (split == 4) { res.add(String.join(".", path)); } return; } // 看到剩下的不够了,就退出(剪枝),len - begin 表示剩余的还未分割的字符串的位数 if (len - begin 3 * (4 - split)) { return; } for (int i = 0; i = len) { break; } int ipSegment = judgeIfIpSegment(s, begin, begin + i); if (ipSegment != -1) { // 在判断是 ip 段的情况下,才去做截取 path.addLast(ipSegment + ""); dfs(s, len, split + 1, begin + i + 1, path, res); path.removeLast(); } } } }

Python 代码:

from typing import List class Solution: def restoreIpAddresses(self, s: str) -> List[str]: size = len(s) if size 12: return [] path = [] res = [] self.__dfs(s, size, 0, 0, path, res) return res def __dfs(self, s, size, split_times, begin, path, res): if begin == size: if split_times == 4: res.append('.'.join(path)) return if size - begin 3 * (4 - split_times): return for i in range(3): if begin + i >= size: break ip_segment = self.__judge_if_ip_segment(s, begin, begin + i) if ip_segment != -1: path.append(str(ip_segment)) self.__dfs(s, size, split_times + 1, begin + i + 1, path, res) path.pop() def __judge_if_ip_segment(self, s, left, right): size = right - left + 1 if size > 1 and s[left] == '0': return -1 res = 0 for i in range(left, right + 1): res = res * 10 + ord(s[i]) - ord('0') if res > 255: return - 1 return res

参考代码 2:(与参考代码 1 不同之处只在于剪枝少判断,而且也是先判断截取的 ip 段是否合法,然后用截取函数截取字符串,执行结果上会快一些)

Java 代码:

import java.util.ArrayDeque; import java.util.ArrayList; import java.util.Deque; import java.util.List; public class Solution { public List restoreIpAddresses(String s) { int len = s.length(); List res = new ArrayList(); if (len > 12 || len


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