【leetcode热题】 分数到小数

给定两个整数,分别表示分数的分子 numerator 和分母 denominator,以 字符串形式返回小数 。

如果小数部分为循环小数,则将循环的部分括在括号内。

如果存在多个答案,只需返回 任意一个 。

对于所有给定的输入,保证 答案字符串的长度小于 104 。

示例 1:

输入:numerator = 1, denominator = 2
输出:"0.5"

示例 2:

输入:numerator = 2, denominator = 1
输出:"2"

示例 3:

输入:numerator = 4, denominator = 333
输出:"0.(012)"

解法一

这道题说简单的话,其实就是模拟下我们算除法的过程。

说难的话,有很多坑的地方要注意下,自己也是提交了好几次,才 AC 的,需要考虑很多东西。

首先说一下我们要模拟一下什么过程,以 20/11 为例。

第一次得到的商,就是我们的整数部分,int 间运算就可以直接取到整数部分了,记为 integer

也就是 integer = 20 / 11 = 1

然后回想一下我们用竖式计算的过程。

如下图,首先得到了商是 1,余数是 9。在程序中得到余数的话,可以用 被除数 - 商 * 除数

也就是 20 - 1 * 11 = 9

如下图,接下来我们将余数乘以 10 做为新的被除数,继续把 11 当做除数。然后得到商和新的余数。

也就是计算 90 / 11

如下图,接下来重复上边的过程,用余数乘以 10 做为新的被除数,继续把 11 当做除数。然后得到商和新的余数。

也就是计算 20 / 11

如下图,接下来继续重复上边的过程,用余数乘以 10 做为新的被除数,继续把 11 当做除数。然后得到商和新的余数。

也就是计算 90 / 11

那么什么时候结束呢?

  • 第一种情况,余数为 0,说明没有循环小数。

  • 第二种情况,一开始这里爬坑了。开始觉得只要商里边出现重复的数字(不考虑整数部分的数字,也就是上边例子的第一个 1),就可以认为出现了循环小数。

    比如上边的例子,8 第二次出现,所以到这里不再计算。而循环小数部分就是和当前数字重复的位置到当前位置的前一个,也就是 81。所以最终结果就是 1.(81)

    但提交的时候,出现了一个反例,如下图。

    虽然出现了重复的 8,但最终结果并不是 8 循环。很明显下次是 40 / 17,需要商 2。至于原因就是两次商 8 所对应的被除数并不一样,第一次是 150 ,第二次是 140

    所以为了判断是否出现循环小数,我们不应该判断是否出现了重复的商,而是应该判断是否出现了重复的被除数。

经过上边的分析,循环也很明显了。被除数除以除数,记录商。然后余数乘以 10 做为新的被除数继续除以除数。直到余数为 0 或者出现重复的被除数。

记录商的话,我们将整数部分和小数部分单独记录。因为小数部分要累积记录,一开始我用的是一个 int 去保存小数部分。比如第一个商是 1,第二个商是 2,我把之前的商乘以 10 再加上新的商。也就是 1 * 10 + 2 = 12,当第三个商 5 来的时候,就是 12 * 10 + 5 = 125,看起来很完美。

但比如上边的例子 1/17 ,小数部分第一个商是 0,第二个商是 5,如果按上边的记录方法,记录的就是 5,而不是 05。另外,如果商的部分数字过多的话,还会产生溢出,所以最终用 String 记录了商,每次将新的商加到 String 中即可。

还有一个问题就是怎么判断是否出现了重复的商?

很简单,用一个 HashMapkey 记录出现过的被除数,value 记录商出现的位置,这样当出现重复被除数的时候,通过 value 立刻知道循环的小数部分是多少。

最后一个问题,我们只考虑了正数除以正数的例子,对于正数除以负数或者负数除以负数呢?和我们在纸上算一样,先确定商的符号,然后将被除数和除数都转为正数即可。

上边的操作会带来一个问题,对于 java 而言,int 类型的话,负数的最小值是 -2147483648,正数的最大值是 2147483647,并不能把-2147483648 转成正数,至于原因的话可以参考这篇文章,补码。

溢出这个问题其实不是这个题的关键,所以我们直接用数据范围更大的 long 去存数字就可以了。

public String fractionToDecimal(int numerator, int denominator) {long num = numerator;long den = denominator;String sign = "";//确定符号if (num > 0 && den < 0 || num < 0 && den > 0) {sign = "-";}//转为正数num = Math.abs(num);den = Math.abs(den);//记录整数部分long integer = num / den;//计算余数num = num - integer * den;HashMap<Long, Integer> map = new HashMap<>();int index = 0;String decimal = "";//记录小数部分int repeatIndex = -1;//保存重复的位置while (num != 0) {num *= 10;//余数乘以 10 作为新的被除数if (map.containsKey(num)) {repeatIndex = map.get(num);break;}//保存被除数map.put(num, index);//保存当前的商long decimalPlace = num / den;//加到所有的商中decimal = decimal + decimalPlace;//计算新的余数num = num - decimalPlace * den;index++;}//是否存在循环小数if (repeatIndex != -1) {String dec = decimal;return sign + integer + "." + dec.substring(0, repeatIndex) + "(" + dec.substring(repeatIndex) + ")";} else {if (decimal == "") {return sign + integer;} else {return sign + integer + "." + decimal;}}
}

有人可能会问,如果数字很大,又超过了 long 怎么办,一种方案是之前写过的 29 题,因为负数存的数更多,所以我们可以把负数当做正数,正数当做负数,所有的计算都在负数范围内计算。另一种方案的话, java 其实已经提供了大数类 BigInteger 供我们使用,就不存在溢出的问题了。至于原理的话,应该和第 2 题 大数相加一样,把数字用链表去存储,这样多大的数字都能进行存储了,然后把运算法则都封装成方法即可。

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