今日算法(回溯找IP,加检测)

题目描述

给定一个只包含数字的字符串 s,用它来表示一个 IP 地址,返回所有可能的有效 IP 地址

有效 IP 地址规则

  1. 4 段整数 组成,每段用 . 分隔。
  2. 每段整数的取值范围:0 ~ 255
  3. 每段整数不能有前导 0 (除非该段本身就是 0,如 0 是合法的,01 不合法)。
  4. 不能重新排序或删除 s 中的任何数字。

示例 1

  • 输入:s = "25525511135"
  • 输出:["255.255.11.135","255.255.111.35"]

示例 2

  • 输入:s = "0000"
  • 输出:["0.0.0.0"]

核心思路:回溯法

IP 地址需要被分成 4 段,每段长度为 1~3 位数字,且满足上述规则。我们可以用回溯法枚举所有可能的分割方式,同时用剪枝排除无效分支。

回溯三要素

  1. 选择:在当前位置,选择截取 1 位、2 位或 3 位数字作为一段。
  2. 限制(剪枝)
    • 截取的子串长度不能超过 3,也不能超出字符串末尾。
    • 子串代表的数字必须在 0~255 之间。
    • 子串长度大于 1 时,不能以 '0' 开头(前导 0 非法)。
  3. 结束条件:已经分割出 4 段,且用完了所有字符,将当前方案加入结果集。

完整代码实现(C++)

复制代码
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

class Solution {
public:
    vector<string> restoreIpAddresses(string s) {
        vector<string> result;
        vector<string> path; // 保存当前分割的4段
        backtrack(s, 0, path, result);
        return result;
    }

private:
    // start: 当前处理的起始位置
    // path: 已经分割出的段
    void backtrack(const string& s, int start, vector<string>& path, vector<string>& result) {
        // 终止条件:已经分割出4段,且用完了所有字符
        if (path.size() == 4) {
            if (start == s.size()) {
                // 将4段用"."拼接成IP地址
                string ip = path[0] + "." + path[1] + "." + path[2] + "." + path[3];
                result.push_back(ip);
            }
            return;
        }

        // 枚举当前段的长度:1~3位
        for (int len = 1; len <= 3; ++len) {
            // 剪枝1:超出字符串长度
            if (start + len > s.size()) break;

            // 截取当前段
            string segment = s.substr(start, len);

            // 剪枝2:前导0(长度>1且以'0'开头)
            if (len > 1 && segment[0] == '0') break;

            // 剪枝3:数值超过255
            if (stoi(segment) > 255) break;

            // 选择当前段
            path.push_back(segment);
            // 递归处理下一段
            backtrack(s, start + len, path, result);
            // 回溯:撤销选择
            path.pop_back();
        }
    }
};

代码逐行详解

1. 主函数与初始化

复制代码
vector<string> restoreIpAddresses(string s) {
    vector<string> result;
    vector<string> path;
    backtrack(s, 0, path, result);
    return result;
}
  • result:存放所有合法的 IP 地址。
  • path:存放当前正在构建的 4 段 IP 地址。
  • start=0 开始递归分割。

2. 终止条件

复制代码
if (path.size() == 4) {
    if (start == s.size()) {
        string ip = path[0] + "." + path[1] + "." + path[2] + "." + path[3];
        result.push_back(ip);
    }
    return;
}
  • path.size() == 4 时,说明已经分割出 4 段。
  • 此时需要 start == s.size(),表示所有字符都已用完,这才是一个合法的 IP 地址。
  • 不满足 start == s.size() 说明字符没用完,是无效分支,直接返回。

3. 枚举分割长度 + 剪枝

复制代码
for (int len = 1; len <= 3; ++len) {
    // 剪枝1:超出字符串长度
    if (start + len > s.size()) break;

    string segment = s.substr(start, len);

    // 剪枝2:前导0(长度>1且以'0'开头)
    if (len > 1 && segment[0] == '0') break;

    // 剪枝3:数值超过255
    if (stoi(segment) > 255) break;

    // ... 递归与回溯
}
  • len 表示当前段的长度,只能是 1~3 位。
  • 剪枝 1 :如果 start + len 超出字符串长度,直接 break(更长的 len 也会超出,无需继续循环)。
  • 剪枝 2 :如果段长度大于 1 且以 '0' 开头(如 "01"),不合法,直接 break。
  • 剪枝 3 :段的数值超过 255(如 "256"),不合法,直接 break。

4. 递归与回溯

复制代码
path.push_back(segment);
backtrack(s, start + len, path, result);
path.pop_back();
  • path.push_back(segment):将当前合法的段加入路径。
  • backtrack(s, start + len, path, result):递归处理下一段,起始位置变为 start + len
  • path.pop_back():回溯,撤销当前段,尝试下一种长度。

示例推演(以 s = "25525511135" 为例)

第一步:分割第一段

  • len=1"2",合法 → 递归处理 start=1
  • len=2"25",合法 → 递归处理 start=2
  • len=3"255",合法 → 递归处理 start=3

重点分支:第一段为 "255"(start=3)

第二步:分割第二段(start=3)
  • len=1"2",合法 → 递归处理 start=4
  • len=2"25",合法 → 递归处理 start=5
  • len=3"255",合法 → 递归处理 start=6
分支:第二段为 "255"(start=6)
第三步:分割第三段(start=6)
  • len=1"1",合法 → 递归处理 start=7
  • len=2"11",合法 → 递归处理 start=8
  • len=3"111",合法 → 递归处理 start=9
分支 1:第三段为 "11"(start=8)
  • 第四段截取 len=3"135"(数值 135 ≤ 255,合法)
  • 四段为 ["255","255","11","135"] → 拼接为 "255.255.11.135",加入结果。
分支 2:第三段为 "111"(start=9)
  • 第四段截取 len=2"35"(数值 35 ≤ 255,合法)
  • 四段为 ["255","255","111","35"] → 拼接为 "255.255.111.35",加入结果。

复杂度分析

  • 时间复杂度 :\(O(3^4 \times n) = O(1)\)(常数级)
    • 每段有 3 种长度选择,共 4 段,最多 \(3^4=81\) 种分割方案。
    • 每个方案需要 \(O(n)\) 时间拼接 IP 地址(\(n \leq 12\),实际影响可忽略)。
  • 空间复杂度 :\(O(4) = O(1)\)
    • 递归栈深度为 4(分割 4 段),path 数组长度为 4,均为常数级。

关键知识点总结

  1. 核心思想:用回溯法枚举所有分割方案,用剪枝排除无效分支。
  2. 三大剪枝技巧
    • 长度剪枝:段长度 1~3,且不超出字符串末尾。
    • 前导 0 剪枝:长度 > 1 时不能以 '0' 开头。
    • 数值剪枝:段的数值必须 ≤ 255。
  3. 终止条件:分割出 4 段且用完所有字符。
相关推荐
sheeta19982 小时前
LeetCode 补拙笔记 日期:2026.05.29 题目:1559. 二维网格图中探测环
笔记·算法·leetcode
罗超驿2 小时前
10.滑动窗口解决:无重复字符的最长子串 | LeetCode 3 Java 题解
java·算法·leetcode·面试
罗超驿2 小时前
8.【LeetCode 18】四数之和 —— Java 排序 + 双指针解法详解
算法·leetcode·职场和发展
菜菜的顾清寒2 小时前
HOT100力扣(40) 动态规划-爬楼梯
算法·leetcode·动态规划
m沐沐2 小时前
【机器学习】聚类算法-K-means聚类
人工智能·python·算法·机器学习·pycharm·kmeans·聚类
z落落2 小时前
C# Dictionary 字典集合+数组、List、Dictionary 三者终极对比
算法
醇氧2 小时前
排队论(牛吃草问题)解题全解析
算法
蓝速科技2 小时前
3D 数字人全息舱算力部署方案对比:本地 X86 独显架构与云端 RK 架构怎么选才好
数据结构·人工智能·算法·架构·排序算法
qingyulee2 小时前
集成学习、聚类算法
算法·聚类·集成学习