题目描述
编写一个算法来判断一个数 n
是不是快乐数。
「快乐数」 定义为:
- 对于一个正整数,每一次将该数替换为它每个位置上的数字的平方和。
- 然后重复这个过程直到这个数变为 1,也可能是 无限循环 但始终变不到 1。
- 如果这个过程 结果为 1,那么这个数就是快乐数。
如果 n
是 快乐数 就返回 true
;不是,则返回 false
。
示例 1:
输入:n = 19
输出:true
解释:
12 + 92 = 82
82 + 22 = 68
62 + 82 = 100
12 + 02 + 02 = 1
示例 2:
输入:n = 2
输出:false
提示:
1 <= n <= - 1
题目解析
题目告诉我们从n开始每一次取每个数的每一位先平方在和,和完的数再进行平方和,一直进行这样的操作,如果能等于1就是快乐数,返回 true;如果陷入死循环就不是快乐数,返回false;
例如:19
19先进行平方和1+81=82
82再进行平方和64+4=68
68在进行平方和36+64=100
100在进行平方和1+0+0=1
所以19就是快乐数
例如:2
2先进行平方和4
4在进行平方和16
16在进行平方和1+36=37
37在进行平方和9+49=58
58在进行平方和25+64=89
89在进行平方和64+81=145
145在进行平方和1+16+25=42
42在进行平方和16+4=20
20在进行平方和4+0=4
4在进行平方和..
.
.
.
我们算到4的时候,前面已经出现过4了,所以回陷入无限循环。因此2就不是快乐数
实际上在是快乐数的时候,也进入了循环,只不过是1的循环。
算法原理讲解
根据上面的题目解析,可以看出两种情况都陷入了循环,快乐数的时候是一的循环,不是快乐数的时候不是一个循环。因此,我们可以采用快慢指针的办法。
普通双指针
因为两种情况肯定都会陷入循环的,如果是快乐数,环里面的数就一定是1,所以我们只需要判断循环里面的数是不是1就行。示意图如下所示:
这里利用双指针的办法,是定义两个快慢指针。快的指针走两步,慢的指针走一步。它们要是相遇,一定会在环的位置相遇,判断相遇的点是否是1就行。
这里补充一下为什么快的指针走两步,慢的指针走一步就一定会相遇,我们假设slow刚进入循环的时候fast跟slow的差距为N,每运动一次这个差距就减少1,(下次运动后,fast于slow的差距为N-1,下下次fast于slow的差距为N-2),到最后这个差距总会减小为0。当差距减小为0的时候,也就是fast和slow相遇的时候,此时的点也就是相遇的点。
大家要是有兴趣的话也可以尝试推一下当慢的指针走一步,快的指针走三步会相遇吗?走四部,走五步呢?
优化
我们在进行优化一下,上面那个会借用数组,但是我们也可以只利用两个数,当这两个数相等的时候就是相遇的时候,接着判断是否等于1,就可以分别快乐数。
我们定义两个数fastnum,slownum;刚开始我们让这两个数都等于n,fastnum的变化,之前是走两步,在这里,我们可以进行两次平方和 的操作,来模拟走两步的过程,同理slownum的变化就是进行一次平方和的操作。每次操作完之后,判断fastnum==slownum,相等就是快乐数且等于1,就是快乐数,相等但不等于1就不是快乐是数。不相等就是继续进行操作。
19:
fastnum=19,slownum=19
fastnum=68,slownum=82
fastnum=1,slownum=68
fastnum=1,slownum=100
fastnum=1,slownum=1
如果是2
fastnum=2,slownum=2
fastnum=16,slownum=4
fastnum=58,slownum=16
fastnum=145,slownum=37
fastnum=20,slownum=58
fastnum=16,slownum=89
fastnum=58,slownum=145
fastnum=145,slownum=42
fastnum=20,slownum=20
为什么一定会进入循环(鸽巢原理)
鸽巢原理也叫抽屉原理,原理内容:有n个巢穴,有n+1个鸽子🕊,可以得出结论,至少有一个巢穴的鸽子数是大于1的。
我们先看一下数据范围,最大是 ,也就是2 147 483 648,我们只用看有几位数就行,一共是有10位数,我们再看一下,经过一次平方和之后的最大数是多少,是4+1+16+49+16+64+9+36+16+64=257,显然不是这个数,因为1999999999他的平方和肯定比257大,因此我们索性让这个十个数字都最大那就是9999999999这个数的平方和,81+81+81+81+81+81+81+81+81+81=810,所以任何一个数在第一次经过平方和之后都是在【1,810】这个范围内的。
在这范围内随随便选一个数x,让这个x进行811次平方和的操作,这个范围就相当于鸽巢,每次进行平方和之后的数就相当于格子,【1,810】只有810个数,而进行811次操作之后,肯定会得到811个数,那么肯定至少会有一个数重复。
代码
每位数分离的代码
while(n!=0) { //拿到最后一位 int t=x%10; //把最后一位干掉 x/=10; }
快乐数代码
bool isHappy(int n) { int slow=n,fast=everynum(n); while(slow!=fast) { slow=everynum(slow); fast=everynum(everynum(fast)); } return slow==1; } int everynum(int n) { int sum=0; while(n!=0) { //拿到最后一位 int t=n%10; sum+=t*t; //把最后一位干掉 n/=10; } //每次返回进行平方和后的数 return sum; }