【性能优化】【回溯】【字符串】1307. 口算难题

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数学回溯字符串性能优化

LeetCode1307. 口算难题

给你一个方程，左边用 words 表示，右边用 result 表示。
你需要根据以下规则检查方程是否可解：
每个字符都会被解码成一位数字（0 - 9）。
每对不同的字符必须映射到不同的数字。
每个 words[i] 和 result 都会被解码成一个没有前导零的数字。
左侧数字之和（words）等于右侧数字（result）。
如果方程可解，返回 True，否则返回 False。
示例 1：
输入：words = [“SEND”,“MORE”], result = “MONEY”
输出：true
解释：映射 ‘S’-> 9, ‘E’->5, ‘N’->6, ‘D’->7, ‘M’->1, ‘O’->0, ‘R’->8, ‘Y’->‘2’
所以 “SEND” + “MORE” = “MONEY” , 9567 + 1085 = 10652
示例 2：

输入：words = [“SIX”,“SEVEN”,“SEVEN”], result = “TWENTY”
输出：true
解释：映射 ‘S’-> 6, ‘I’->5, ‘X’->0, ‘E’->8, ‘V’->7, ‘N’->2, ‘T’->1, ‘W’->‘3’, ‘Y’->4
所以 “SIX” + “SEVEN” + “SEVEN” = “TWENTY” , 650 + 68782 + 68782 = 138214
示例 3：

输入：words = [“THIS”,“IS”,“TOO”], result = “FUNNY”
输出：true
示例 4：

输入：words = [“LEET”,“CODE”], result = “POINT”
输出：false

提示：

2 <= words.length <= 5
1 <= words[i].length, results.length <= 7
words[i], result 只含有大写英文字母
表达式中使用的不同字符数最大为 10

回溯

简单的例子
AB + AC = BCD
10A+B+10A+C = 100B+10C+D
20A-99B -9C-D = 0
系数20,-99,-9,-1 放到向量v中，并排序。如果直接回溯，时间复杂度10¹⁰超时。
将v排序，从后到前处理。处理v[i]，先估算v[0,i)的最小值iMin和最大值iMax，如果已有值x+iMin > 0或 x+iMax < 0，则剪枝忽略。
求最小值：
如果存在负数，最小的负数（绝对值最大）对应最大的未选择值。如果存在正数，最大的正数取最小的未选择数。
求最大值：
如果存在负数，最小的负数（绝对值最大）对应最小的未选择值。如果存在正数，最大的正数取最大的未选择数。

代码

核心代码（超时）

class Solution {
public:bool isSolvable(vector<string>& words, string result) {unordered_map<char, int> mCharCnt;	unordered_map<char, bool> mCharNot0;//开头不能为0auto Add = [&](int iMul, const string& s){for (int i = s.length() - 1; i >= 0; i--, iMul*=10){mCharCnt[s[i]] += iMul;}if (s.length() > 1){mCharNot0[s[0]] = true;}};for (const auto& s : words){Add(1, s);}Add(-1, result);vector<pair<int,int>> v;for (const auto& [tmp, cnt] : mCharCnt){v.emplace_back(cnt,mCharNot0[tmp]);}sort(v.begin(), v.end());set<int> setSel;for (int i = 0; i < 10; i++){setSel.emplace(i);}return DFS(v, setSel, 0, 0);}template<class Pr>int MinMax(const pair<int, int>*p, int n, set<int,Pr> setSel){int result = 0;for (int i = 0; i != n;){if (p[i].first < 0){result += *setSel.begin()*p[i++].first;setSel.erase(setSel.begin());}else{result += *setSel.rbegin()*p[--n].first;setSel.erase(std::prev(setSel.end()));}}return result;}bool DFS(const vector<pair<int,int>> & v, set<int>& setSel, int leve, int result){if (v.size() == leve){return 0 == result;}const int iMin = MinMax(v.data()+leve, v.size()-leve, set<int, std::greater<int>>(setSel.begin(), setSel.end()));const int iMax = MinMax(v.data() + leve, v.size() - leve, setSel);if ((iMin + result > 0) || (iMax + result < 0)){return false;}for (int i = 9; i >= v[leve].second; i--){if (!setSel.count(i)){continue;}setSel.erase(i);			if (DFS(v, setSel, leve + 1, result + v[leve].first * i)){return true;}setSel.emplace(i);}return false;}	
};

测试用例

template<class T,class T2>
void Assert(const T& t1, const T2& t2)
{assert(t1 == t2);
}template<class T>
void Assert(const vector<T>& v1, const vector<T>& v2)
{if (v1.size() != v2.size()){assert(false);return;}for (int i = 0; i < v1.size(); i++){Assert(v1[i], v2[i]);}}int main()
{vector<string> words;string result;{Solution sln;words = { "A","B" }, result = "A";auto res = sln.isSolvable(words, result);Assert(true, res);}{Solution sln;words = { "CBA","CBA","CBA","CBA","CBA" }, result = "EDD";auto res = sln.isSolvable(words, result);Assert(false, res);}{Solution sln;words = { "SEND", "MORE" }, result = "MONEY";auto res = sln.isSolvable(words, result);Assert(true, res);}{Solution sln;words = { "SIX", "SEVEN", "SEVEN" }, result = "TWENTY";auto res = sln.isSolvable(words, result);Assert(true, res);}{Solution sln;words = { "THIS", "IS", "TOO" }, result = "FUNNY";auto res = sln.isSolvable(words, result);Assert(true, res);}{Solution sln;words = { "LEET", "CODE" }, result = "POINT";auto res = sln.isSolvable(words, result);Assert(false, res);}
}

估算最小值最大值

pair<int,int> MinMaxSingle(const pair<int, int>* p, int n)
{int less0 = 0, more0 = 0;for (int i = 0; i < n ; i++ ){if (p[i].first < 0){less0 += p[i].first;}else{more0 += p[i].first;}}return { less0 * 9,more0 * 9 };
}

可以提升一倍，还是过不了。
一，for循环也可以省略。
二，向量变原生数组。
这两个方法效果很小。

class Solution {
public:bool isSolvable(vector<string>& words, string result) {unordered_map<char, int> mCharCnt;	unordered_map<char, bool> mCharNot0;//开头不能为0auto Add = [&](int iMul, const string& s){for (int i = s.length() - 1; i >= 0; i--, iMul*=10){mCharCnt[s[i]] += iMul;}if (s.length() > 1){mCharNot0[s[0]] = true;}};for (const auto& s : words){Add(1, s);}Add(-1, result);pair<int, int> v[10];int less0 = 0, more0 = 0;for (const auto& [tmp, cnt] : mCharCnt){v[m_c++] = { cnt,mCharNot0[tmp] };			if (cnt < 0){less0 += cnt;}else{more0 += cnt;}}sort(v, v+m_c);set<int> setSel;for (int i = 0; i < 10; i++){setSel.emplace(i);}return DFS(v, setSel, 0, 0,more0,less0);}bool DFS(const pair<int, int>* p, set<int>& setSel, int leve, int result,int more0,int less0){if (m_c == leve){return 0 == result;}if ((less0*9 + result > 0) || (more0*9 + result < 0)){return false;}for (int i = 9; i >= p[leve].second; i--){if (!setSel.count(i)){continue;}setSel.erase(i);		const int curLess0 = min(0, p[leve].first);const int curMore0 = max(0, p[leve].first);if (DFS(p, setSel, leve + 1, result + p[leve].first * i,more0+curMore0,less0+curLess0)){return true;}setSel.emplace(i);}return false;}	int m_c = 0;
};

先处理绝对值大的

速度提升大约1000倍。

class Solution {
public:bool isSolvable(vector<string>& words, string result) {unordered_map<char, int> mCharCnt;	unordered_map<char, bool> mCharNot0;//开头不能为0auto Add = [&](int iMul, const string& s){for (int i = s.length() - 1; i >= 0; i--, iMul*=10){mCharCnt[s[i]] += iMul;}if (s.length() > 1){mCharNot0[s[0]] = true;}};for (const auto& s : words){Add(1, s);}Add(-1, result);pair<int, int> v[10];int less0 = 0, more0 = 0;for (const auto& [tmp, cnt] : mCharCnt){v[m_c++] = { cnt,mCharNot0[tmp] };			if (cnt < 0){less0 += cnt;}else{more0 += cnt;}}sort(v, v + m_c, [&](const auto& pr1, const auto& pr2) {return abs(pr1.first) > abs(pr2.first); });set<int> setSel;for (int i = 0; i < 10; i++){setSel.emplace(i);}return DFS(v, setSel, 0, 0,more0,less0);}bool DFS(const pair<int, int>* p, set<int>& setSel, int leve, int result,int more0,int less0){if (m_c == leve){return 0 == result;}if ((less0*9 + result > 0) || (more0*9 + result < 0)){return false;}for (int i = 9; i >= p[leve].second; i--){if (!setSel.count(i)){continue;}setSel.erase(i);		const int curLess0 = min(0, p[leve].first);const int curMore0 = max(0, p[leve].first);if (DFS(p, setSel, leve + 1, result + p[leve].first * i,more0-curMore0,less0-curLess0)){return true;}setSel.emplace(i);}return false;}	int m_c = 0;
};

扩展阅读

视频课程

有效学习：明确的目标及时的反馈拉伸区（难度合适），可以先学简单的课程，请移步CSDN学院，听白银讲师（也就是鄙人）的讲解。
https://edu.csdn.net/course/detail/38771

如何你想快

速形成战斗了，为老板分忧，请学习C#入职培训、C++入职培训等课程
https://edu.csdn.net/lecturer/6176

我想对大家说的话
闻缺陷则喜是一个美好的愿望，早发现问题，早修改问题，给老板节约钱。
子墨子言之：事无终始，无务多业。也就是我们常说的专业的人做专业的事。
如果程序是一条龙，那算法就是他的是睛