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【算法】字符串:高精度计算之加法、乘法(数组模拟)

目录

1、高精度算法是什么?

2、易错点

 高精度加法:

高精度减法:

高精度乘法:

高精度除法:

 3、高精度加法

思路:

例题

4、高精度乘法

 思路

例题


参考文章

高精度算法——数组模拟(加、减、乘、除)_高精度数据计算算法有哪些-CSDN博客

高精度算法详解(加减乘除+高精度案例)-CSDN博客

1、高精度算法是什么?

  • 在c++中int、long long int等存储方式只能计算十几位的整数运算,而当我们想要计算更多位时,就需要用到高精度算法。
  • 高精度算法:它是处理大数字的数学计算方法,在一般的科学计算中,会经常算到小数点后几百位或者更多,当然也可能是几千亿几百亿的大数字。一般这类数字我们统称为高精度数,高精度算法是用计算机对于超大数据的一种模拟加,减,乘,除等运算。
  • 思想:
  • 将这种大数字拆开,拆成一位一位的,这样可已输入位数很长的数,接下来将每一位取出,存入数组中 ,然后用一个数组去存储每个数字,最后再将数组进行相应的运算(加、减、乘、除、等)。
  • 应用范围
  • 高精度计算广泛应用于算法设计中,包括动态规划、数论、组合数学、几何算法等领域。许多经典算法问题,如大整数乘法、大整数除法、高精度加减法等都需要高精度计算来解决。

2、易错点

 高精度加法:

倒叙输入,倒序输出,但中间是正着运算;
相加之后的进位处理;


高精度减法:

考虑结果出现的正情况;
前导0的处理;
考虑减法的借位处理;


高精度乘法:

倒叙输入,倒序输出,但中间是正着运算;

运算过程:使用无进位相乘,中间结果存到临时数组中,最后再处理进位。

前导0的处理(0被相乘)!!!容易被忽略
可以将乘法单个位数相乘再转化成加法的思想;
此时题目中没有涉及到负数的情况。如出现负数,只需考虑两个字符串第一位是否为负号,然后结尾特殊判断一下即可;


高精度除法:

(高精度÷低精度)

输入、计算、输出、需要同时逆序或同时正序;
前导0的处理!!!容易被忽略
不能考虑进位的情况!!

 3、高精度加法

思路:

1. 输入处理 - 将输入的两个高精度数以字符串的形式接收。

2.将字符串拆解为一个个数字存到int数组中(倒序存储在数组中,例如 string num1         ="123",存储为int n1[] = {3,2,1},方便按照正序计算)

3. 逐位相加 - 从低位(数组头部n1[0])开始,逐位将两个数的对应位数字相加,并加上前一         位的进位。 - 计算当前位的和,并计算进位。

4. 处理进位 - 如果当前位的和大于等于 10 ,则需要向高位进位。

5. 结果处理 - 去除结果前面(数组末尾)可能存在的多余的 0 。 

例题

67. 二进制求和 - 力扣(LeetCode)

class Solution {
public:string addBinary(string a, string b) {//模拟列竖式计算过程int n = a.size() - 1, m = b.size() - 1;int tmp = 0;//存储临时结果,以及进位情况string ret;while (n >= 0 || m >= 0 || tmp){if (n >= 0) tmp += a[n--] - '0';if (m >= 0) tmp += b[m--] - '0';//取余ret += tmp % 2 + '0';//查看进位情况tmp /= 2;}reverse(ret.begin(),ret.end());return ret;}
};

4、高精度乘法

 思路

 
  1. 准备工作
    • 获取输入的两个字符串 num1 和 num2 的长度 n 和 m,并创建一个长度为 m + n 的整数数组 t 用于存储中间结果(中间结果的个数最多是m+n个),将 num1 和 num2 反转(逆序输入),方便后续从低位到高位的计算。
  2. 无进位相乘
    • 使用嵌套的 for 循环,将 num1 的第 i 位和 num2 的第 j 位相乘,将结果累加到 t[i + j] 中,模拟乘法的竖式计算,此时不考虑进位。
  3. 处理进位
    • 初始化进位 tmp 为 0 和当前位置 cur 为 0,以及结果字符串 ret。在 while 循环中,将 tmp 累加上当前位置的中间结果 t[cur](如果 cur 未超出范围),将 tmp 的个位数添加到 ret 中并更新进位 tmp 为除以 10 的结果。
  4. 处理前导零
    • 去除结果字符串 ret 末尾的多余零(如果结果不是 0),最后将 ret 反转回来得到最终结果。

例题

43. 字符串相乘 - 力扣(LeetCode)


class Solution {
public:string multiply(string num1, string num2) {int n = num1.size(), m = num2.size();//无进位相乘后相加,然后处理进位vector<int> t(m + n, 0);//存储中间结果reverse(num1.begin(), num1.end());reverse(num2.begin(), num2.end());//1.无进位相乘//tmp[0]存储个位数,tmp[1]存储十位数for (int i = 0; i < n; i++)//第二个乘数:456{for (int j = 0; j < m; j++)//第一个乘数:123{t[i + j] += (num1[i] - '0') * (num2[j] - '0');}}//2.处理进位int tmp = 0;//存储进位、临时结果int cur = 0;string ret;while (cur < m + n || tmp != 0){if (cur < m + n) tmp += t[cur++];ret += tmp % 10 + '0';//转换为字符,存储到答案集tmp /= 10;//进位计算}//3. 处理前导零while (ret.size() > 1 && ret.back() == '0') ret.pop_back();reverse(ret.begin(), ret.end());return ret;}
};

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