题目解析:负二进制表示法
题目描述
给定一个整数 n,需要将其转换为负二进制(base -2)表示,并返回相应的二进制字符串。需要注意的是,返回的字符串中不能有前导零,除非结果是 "0"。
负二进制简介
负二进制是一种特殊的进制表示方法,其基数为 -2。在这种表示法中,每一位的权值是 (-2)^i,其中 i 是该位的位置(从右到左,从 0 开始计数)。与传统的二进制不同,负二进制允许更灵活的表示方式,能够用更少的位表示某些负数。
思路
为了将整数 n 转换为负二进制,可以采用以下步骤:
-
处理特殊情况:如果
n为 0,直接返回 "0"。 -
迭代计算:
- 使用循环计算当前位的值(余数),并更新
n(商)。 - 当余数为负时,需要进行调整,使其变为非负数,并相应地调整商。
- 使用循环计算当前位的值(余数),并更新
-
构建结果:将每次计算得到的位存储起来,最后反转得到的结果列表并连接成字符串。
图解
以下是基于整数 n 的负二进制转换的图解示例:
假设 n = 3,我们可以通过以下步骤进行转换:
-
第一次迭代:
n = 3- 计算
3 % -2得到余数-1,商为-1(因为3 = (-2) * -1 + -1)。 - 调整余数:
-1 + 2 = 1,同时商n增加 1,变为0。 - 结果列表
[1]。
-
第二次迭代:
n = 0- 计算
0 % -2得到余数0,商为0。 - 结果列表
[1, 1]。
-
结束:反转结果并连接,得到 "111"。
代码详解
下面是解决方案的实现代码:
def solution(n: int) -> str:
if n == 0:
return "0"
result = []
while n != 0:
n, remainder = divmod(n, -2)
# Adjust the remainder if it's negative
if remainder < 0:
remainder += 2
n += 1
result.append(str(remainder))
# The result is built in reverse order
return ''.join(result[::-1])
# Testing
if __name__ == '__main__':
print(solution(n=2) == '110') # 2 in base -2 is 110
print(solution(n=3) == '111') # 3 in base -2 is 111
print(solution(n=0) == '0') # 0 in base -2 is 0
代码解析
-
特殊情况处理:
- 首先检查
n是否为0,如果是,返回字符串 "0"。
- 首先检查
-
循环计算:
- 使用
divmod(n, -2)计算商和余数。divmod返回的是(商, 余数)。 - 如果余数为负,调整余数为正,同时增加商
n。
- 使用
-
结果构建:
- 将每次迭代得到的余数加入到结果列表中。
- 最后反转列表并连接成字符串,得到最终的负二进制表示。
通过上述步骤,我们能够有效地将任意整数转换为负二进制表示。这种表示法在某些情况下比传统的二进制更为紧凑和方便,特别是在处理负数时。
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