每日一题:快乐数

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题目要求

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: 
1^2 + 9^2 = 82
8^2 + 2^2 = 68
6^2 + 8^2 = 100
1^2 + 0^2 + 0^2 = 1

示例 2:

输入: n = 2
输出: false

提示:

  • 1 <= n <= 231 - 1

解题思路: (哈希表)

本题有两种情况:

  • 第一种情况,举例来说,当n为19时
    • 第一次替换为1^2 + 9^2 = 82
    • 第二次替换为8^2 + 2^2 = 68
    • 第三次替换为6^2 + 8^2 = 100
    • 第四次替换就为1^2 + 0^2 + 0^2 = 1了,返回true
  • 第二种情况,举例来说,当n为116时,
    • 第一次替换为1^2 + 1^2 + 6^2 = 38
    • 第二次替换为 3^2 + 8^2 = 73
    • 第三次替换为7^2 + 3^2 = 58
    • 第四次替换为 5^2 + 8^2 = 89
    • 第五次替换为8^2 + 9^2 = 145
    • 第六次替换为 1^2 + 4^2 + 5^2 = 42
    • 第七次替换为4^2 + 2^2 = 20
    • 第八次替换为2^2 + 0^2 = 4
    • 第九次替换为4^2 = 16
    • 第十次替换为 1^2 + 6^2 = 37
    • 第十一次替换为 3^2 + 7^2 = 58 可以看到,在第十一次替换时,我们又回到了58,由于我们已经回到了一个已经计算过的数字,可以知道有一个循环,我们不可能得到1,返回false

根据上面的举例,我们可以猜测会有以下两种可能:

  1. n最终会变成1,返回true
  2. n最终会进到循环里,返回false

当我们遇到了要快速判断一个元素是否出现集合里的时候,就要考虑哈希法了。

我们使用哈希集合完成。每次生成链中的下一个数字时,我们都会检查它是否已经在哈希集合中。

  • 如果它不在哈希集合中,我们应该添加它。
  • 如果它在哈希集合中,这意味着我们处于一个循环中,因此应该返回 false

选择哈希表而不选择其他数据结构的原因:因为我们需要在其中反复检查元素,检查数组是否在哈希表中的时间复杂度为O(1),而对于其他的数据结构来说,需要O(n),所以我们选用哈希表来做题

代码: (Java实现)

public boolean isHappy(int n) {
        Set<Integer> Hashset = new HashSet<>();
        while (n != 1 && !Hashset.contains(n)) {
            Hashset.add(n);
            n = getNext(n);
        }
        return n == 1;
    }

    
    public int getNext(int n) {
        int sum = 0;
        while (n > 0) {
            int d = n % 10;
            n = n / 10;
            sum += d * d; 
        }
        return sum;
    }

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(log n)
  • 空间复杂度:O(log n)

提交结果

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