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leetcode 2901 ~ 2950
二进制求和

二进制求和

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题目描述

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代码结果

运行时间: 24 ms, 内存: 15.9 MB


/*
 * 思路:
 * 使用Java Stream API,我们可以将字符串转换为IntStream,进行位置相加并处理进位。
 * 最后我们把结果收集成String。
 */
import java.util.stream.IntStream;

public class Solution {
    public String addBinary(String a, String b) {
        int maxLen = Math.max(a.length(), b.length());
        StringBuilder result = new StringBuilder();
        int carry = 0;

        for (int i = 0; i < maxLen; i++) {
            int bitA = i < a.length() ? a.charAt(a.length() - 1 - i) - '0' : 0;
            int bitB = i < b.length() ? b.charAt(b.length() - 1 - i) - '0' : 0;
            int sum = bitA + bitB + carry;
            result.append(sum % 2);
            carry = sum / 2;
        }

        if (carry != 0) result.append(carry);
        return result.reverse().toString();
    }
}

解释

方法:

该题解使用了位运算来模拟二进制加法的过程。首先,将两个二进制字符串a和b转换成整数x和y。接着,使用while循环,循环条件为y不为0,即还有进位需要处理。在循环内部,使用XOR运算(x ^ y)来计算x和y的无进位和,并将其存储在变量answer中。接着,使用AND运算(x & y)并左移一位来计算进位,并存储在变量carry中。然后,将answer的值赋给x,carry的值赋给y,继续进行下一次循环。当y为0,即没有进位时,循环结束。最后,将x转换为二进制字符串并去掉前缀'0b',得到最终的结果。

时间复杂度:

O(n)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

🦆
为什么将二进制字符串转换为整数来处理而不是直接按位逐个处理字符串?
将二进制字符串转换为整数可以利用计算机内建的整数处理能力,使得运算更加高效。整数类型具有固定的位数和已优化的位运算指令,可以更快地执行加法和位移操作。直接处理字符串需要手动管理每一位的进位和求和,代码会更加复杂且可能效率较低。
🦆
在位运算中,XOR运算用来计算无进位和的原理是什么?
XOR运算(异或运算)的特点是,当两个输入位不同(即一个为1,一个为0)时,输出为1;如果两个输入位相同(都为0或都为1),输出为0。这恰好符合二进制加法中无进位求和的规则,即两位相加时,只有一个为1才会在该位产生1,两者都为1或都为0时在该位不产生1。因此,XOR运算能有效模拟无进位的二进制加法结果。
🦆
计算进位时使用的AND运算后为何需要左移一位?这一步模拟的是什么现象?
AND运算(与运算)的特点是只有两个输入位都为1时,输出才为1。在二进制加法中,两位都为1时会产生一个进位,这个进位应该加到下一更高位上。因此,我们需要将AND运算的结果(进位)左移一位,以确保这个进位被加到正确的位置上。这一步模拟的是在手工二进制加法中,每当两位相加产生进位时,该进位影响的是下一位的计算。

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