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842. 将数组拆分成斐波那契数列(Python)

842. 将数组拆分成斐波那契数列(Python)

作者: 玖月晴 | 来源:发表于2021-02-05 17:27 被阅读0次

    难度:★★★☆☆
    类型:字符串
    方法:回溯法

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    给定一个数字字符串 S,比如 S = "123456579",我们可以将它分成斐波那契式的序列 [123, 456, 579]。

    形式上,斐波那契式序列是一个非负整数列表 F,且满足:

    0 <= F[i] <= 2^31 - 1,(也就是说,每个整数都符合 32 位有符号整数类型);
    F.length >= 3;
    对于所有的0 <= i < F.length - 2,都有 F[i] + F[i+1] = F[i+2] 成立。
    另外,请注意,将字符串拆分成小块时,每个块的数字一定不要以零开头,除非这个块是数字 0 本身。

    返回从 S 拆分出来的任意一组斐波那契式的序列块,如果不能拆分则返回 []。

    示例 1:

    输入:"123456579"
    输出:[123,456,579]

    示例 2:

    输入: "11235813"
    输出: [1,1,2,3,5,8,13]

    示例 3:

    输入: "112358130"
    输出: []
    解释: 这项任务无法完成。

    示例 4:

    输入:"0123"
    输出:[]
    解释:每个块的数字不能以零开头,因此 "01","2","3" 不是有效答案。

    示例 5:

    输入: "1101111"
    输出: [110, 1, 111]
    解释: 输出 [11,0,11,11] 也同样被接受。

    提示:

    1 <= S.length <= 200
    字符串 S 中只含有数字。
    通过次数25,109提交次数50,854

    解答

    这是回溯算法的一道经典题,回溯法的思想在于,对于纷繁复杂的限定规则和广袤无垠的搜索空间,通过一种递归迭代的思想去逐步求解,在递归过程中
    ,需要设置尽可能多的跳出条件,用以缩小搜查范围。回溯算法的重难点在于递归函数的构建,好在套路是差不多的。

    我们首先定义一个列表ans,如果成功的话,用于存储搜查结果。

    定义一个回溯函数backtrack,该函数的输入是一个下标数字,范围是从0到len(S)-1,输出是一个布尔量,代表的是S[index:]子串能否成功拆分并添加到结果列表ans内,使得ans中呈现斐波那契排布。

    回溯函数有以下几个套路:

    【函数开头给出终止条件】在函数开始,就要判断输入index是否已经超过了S的范围,也就是index==len(S),如果是,说明整个S串的判断已经结束了,但这并不能说明整个子串可以被拆分为斐波那契,例如[1,2]不是斐波那契数列,需要根据ans列表中的数字数量是否达到了3个来判别。

    【函数前半部分增加筛选条件进行搜索空间的剪枝】由于我们并不知道数组中每个数字是多少位的,需要从1开始逐个增加,我们从index开始,一直到len(S)-1的数字i,对于从当前头部切下来的子串S[index:i+1],我们记录为cur变量,有以下几个地方可以考虑剪枝:

    1. 开头是零的数字是不被允许的,例如“01”,但是要注意,“0”是被允许的,因为它只有一位。

    2. 如果cur变量过大,也是不必继续的,i增加到什么时候就没有必要再研究index开头的子串了呢,题目中给出了范围的限制,也就是当前数字达到2的31次-1时停止,就没有必要在往后了。

    3. 如果当前数字cur已经超过了ans列表中末尾两个元素的和,也没必要继续要就index开头的子串了。

    只要不是以上情况,就可以针对index开头的子串进行研究,需要研究哪些方面呢?尤其要判断当前数字cur是否是ans列表末尾两个数字的和,如果是,则预先将cur添加到ans中,从i+1位置开始回溯,如果回溯失败,则将刚刚添加到ans中的元素弹出,继续下一轮循环,增加i。

    这里要注意ans列表中元素个数小于3的情况,可以直接添加当前数字cur。

    class Solution:
        def splitIntoFibonacci(self, S: str) -> List[int]:
            ans = list()
    
            def backtrack(index: int):
                if index == len(S):
                    return len(ans) >= 3
    
                curr = 0
                for i in range(index, len(S)):
                    if i != index and S[index] == "0":
                        break
                    curr = curr * 10 + int(S[i])
                    if curr > 2 ** 31 - 1:
                        break
    
                    if len(ans) >= 2 and curr > ans[-2] + ans[-1]:
                        break
    
                    if len(ans) < 2 or curr == ans[-2] + ans[-1]:
                        ans.append(curr)
                        if backtrack(i + 1):
                            return True
                        ans.pop()
    
                return False
    
            backtrack(0)
            return ans
    

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