LeetCode008之字符串转换整数 (相关话题：状态机)

news2024/12/23 17:07:12

题目描述

请你来实现一个 myAtoi(string s) 函数，使其能将字符串转换成一个 32 位有符号整数（类似 C/C++ 中的 atoi 函数）。

函数 myAtoi(string s) 的算法如下：

读入字符串并丢弃无用的前导空格
检查下一个字符（假设还未到字符末尾）为正还是负号，读取该字符（如果有）。确定最终结果是负数还是正数。如果两者都不存在，则假定结果为正。
读入下一个字符，直到到达下一个非数字字符或到达输入的结尾。字符串的其余部分将被忽略。
将前面步骤读入的这些数字转换为整数（即，"123" -> 123， "0032" -> 32）。如果没有读入数字，则整数为 0 。必要时更改符号（从步骤 2 开始）。
如果整数数超过 32 位有符号整数范围 [−231, 231 − 1] ，需要截断这个整数，使其保持在这个范围内。具体来说，小于 −231 的整数应该被固定为 −231 ，大于 231 − 1 的整数应该被固定为 231 − 1 。
返回整数作为最终结果。

注意：

本题中的空白字符只包括空格字符 ' ' 。
除前导空格或数字后的其余字符串外，请勿忽略 任何其他字符。

示例 1：

输入：s = "42"
输出：42
解释：加粗的字符串为已经读入的字符，插入符号是当前读取的字符。
第 1 步："42"（当前没有读入字符，因为没有前导空格）
         ^
第 2 步："42"（当前没有读入字符，因为这里不存在 '-' 或者 '+'）
         ^
第 3 步："42"（读入 "42"）
           ^
解析得到整数 42 。
由于 "42" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 42 。

示例 2：

输入：s = "   -42"
输出：-42
解释：
第 1 步："   -42"（读入前导空格，但忽视掉）
            ^
第 2 步："   -42"（读入 '-' 字符，所以结果应该是负数）
             ^
第 3 步："   -42"（读入 "42"）
               ^
解析得到整数 -42 。
由于 "-42" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 -42 。

示例 3：

输入：s = "4193 with words"
输出：4193
解释：
第 1 步："4193 with words"（当前没有读入字符，因为没有前导空格）
         ^
第 2 步："4193 with words"（当前没有读入字符，因为这里不存在 '-' 或者 '+'）
         ^
第 3 步："4193 with words"（读入 "4193"；由于下一个字符不是一个数字，所以读入停止）
             ^
解析得到整数 4193 。
由于 "4193" 在范围 [-231, 231 - 1] 内，最终结果为 4193 。

方法一(普通解法)

public class LeetCode008字符串转换整数 {
	
	
	 public int myAtoi(String s) {
	        char[] c = s.trim().toCharArray(); // 去除前导空格并转换为字符数组
	        if (c.length == 0) return 0; // 如果字符串为空，返回0

	        int res = 0; // 初始化结果为0
	        int bndry = Integer.MAX_VALUE / 10; // 定义边界，用于检查溢出
	        int i = 1, sign = 1; // 初始化指针i和符号位sign

	        // 检查字符串首字符以确定符号
	        if (c[0] == '-') sign = -1; // 如果是负号，设置sign为-1
	        else if (c[0] != '+') i = 0; // 如果不是正号，从头开始处理数字

	        // 遍历剩余字符以构建整数
	        for (int j = i; j < c.length; j++) {
	            if (c[j] < '0' || c[j] > '9') break; // 如果当前字符不是数字，终止循环

	            // 检查溢出：如果res大于边界，或者res等于边界且当前数字大于7（考虑到MAX_VALUE的最后一位是7）
	            if (res > bndry || res == bndry && c[j] > '7') 
	                return sign == 1 ? Integer.MAX_VALUE : Integer.MIN_VALUE;

	            res = res * 10 + (c[j] - '0'); // 将当前数字字符转换为整数并累加到结果上
	        }
	        return sign * res; // 返回最终结果，考虑符号位
	    }

}

思考: res等于边界且当前数字大于7（考虑到MAX_VALUE的最后一位是7）代表什么？

Java中的Integer.MAX_VALUE：

Integer.MAX_VALUE的值是2,147,483,647。
注意这个最大值的最后一位是7。

边界值bndry的计算：

bndry被计算为Integer.MAX_VALUE / 10，即214,748,364。
这意味着任何时候res超过这个bndry值，再乘以10并加上一个正整数就会超过Integer.MAX_VALUE。

处理最后一位数字：

当res正好等于bndry（即214,748,364）时，加上的下一个数字必须小于或等于7，否则结果将超过Integer.MAX_VALUE。
例如，如果下一个数字是8，那么res将变为2147483648，这超出了int的最大值范围。

方法二(状态机)

我们也可以用下面的表格来表示这个自动机

接下来我们只需要把上面这个状态转换表抄进代码即可。

`myAtoi` 方法

public int myAtoi(String str) {
    Automaton automaton = new Automaton(); // 创建一个自动机实例
    int length = str.length(); // 获取字符串长度
    for (int i = 0; i < length; ++i) {
        automaton.get(str.charAt(i)); // 处理每个字符
    }
    return (int) (automaton.sign * automaton.ans); // 返回最终结果
}

`Automaton` 类

public int sign = 1; // 符号位，1表示正数，-1表示负数
public long ans = 0; // 存储计算的结果
private String state = "start"; // 初始状态
private Map<String, String[]> table = new HashMap<String, String[]>() {{ // 状态转移表
    put("start", new String[]{"start", "signed", "in_number", "end"});
    put("signed", new String[]{"end", "end", "in_number", "end"});
    put("in_number", new String[]{"end", "end", "in_number", "end"});
    put("end", new String[]{"end", "end", "end", "end"});
}};

public void get(char c) {
    state = table.get(state)[get_col(c)]; // 根据当前状态和输入字符的类型更新状态
    if ("in_number".equals(state)) {
        ans = ans * 10 + c - '0'; // 计算当前数字
        //ans在get方法里始终为正数，所以要用 -(long) Integer.MIN_VALUE比较
        ans = sign == 1 ? Math.min(ans, (long) Integer.MAX_VALUE) : Math.min(ans, -(long) Integer.MIN_VALUE); // 检查溢出
    } else if ("signed".equals(state)) {
        sign = c == '+' ? 1 : -1; // 确定正负号
    }
}

private int get_col(char c) { // 根据字符类型返回列索引
    if (c == ' ') {
        return 0;
    }
    if (c == '+' || c == '-') {
        return 1;
    }
    if (Character.isDigit(c)) {
        return 2;
    }
    return 3;
}