1.题目概述
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 <= 231 - 1
2.题目分析
快乐数的定义是基于一个计算过程,即对一个正整数,不断将其替换为它各个位上数字的平方和,如果最终这个过程能够收敛到1,则这个数被称为快乐数。相反,如果在这个过程中形成了一个不包含1的循环,则该数不是快乐数。对于非快乐数,它们的平方和序列会进入一个固定的循环,例如4 → 16 → 37 → 58 → 89 → 145 → 42 → 20 → 4。
为了证明每个循环的数字都是一样的,我们可以使用数学中的不动点理论。在一个有限的系统中,重复应用一个确定的操作最终会达到一个循环,这是因为系统的状态是有限的。在快乐数的情况下,由于每次计算都是基于有限的数字(0-9)的平方,因此可能的结果也是有限的。这意味着,如果我们从某个数字开始,不断重复计算它的各位数字的平方和,最终必然会进入一个循环,因为可能的平方和是有限的,而且每次计算都是确定性的。
此外,由于每个非快乐数都会进入一个固定的循环,而这个循环不包含1,这意味着循环中的所有数字都是固定的,并且每次遇到同一个数字时,都会得到相同的下一个数字。这就是为什么每个循环的数字都是一样的。
综上所述,我们可以得出结论,对于非快乐数,它们在重复计算各位数字的平方和的过程中不仅会形成一个循环,而且每个循环中的数字都是一样的。这一结论是基于有限性原理和确定性操作的重复应用。
因此我们可以使用哈希表和快慢指针来解决问题。
注意:此题不建议用集合记录每次的计算结果来判断是否进入循环,因为这个集合可能大到无法存储;另外,也不建议使用递归,同理,如果递归层次较深,会直接导致调用栈崩溃。不要因为这个题目给出的整数是 int 型而投机取巧。
3.题解
1.哈希表法
cpp
int getSum(int n)
{
int sum = 0;
while (n)
{
sum += (n % 10) * (n % 10);
n /= 10;
}
return sum;
}
bool isHappy(int n){
int sum = getSum(n);
int hash[820] = {0};
//核心思想:若某个数字重复出现了,则这个数字永远不可能会等于1
while (sum != 1)
{
if (hash[sum] == 1)
return false;
else
hash[sum]++;
sum = getSum(sum);
}
return true;
}
2.快慢指针
cpp
int getSum(int n)
{
int sum = 0;
while (n)
{
sum += (n % 10) * (n % 10);
n /= 10;
}
return sum;
}
bool isHappy(int n){
int slow = getSum(n); //慢指针走一步
int fast = getSum(slow); //快指针走两步
while(1)
{
if( slow==1 || fast==1 )
return true;
if(slow == fast)
return false;
slow=getSum(slow); //走一步
fast=getSum(getSum(fast)); //走两步
}
}