【LeetCode】29. 两数相除(Java)

题目

给定两个整数,被除数 dividend 和除数 divisor。将两数相除,要求不使用乘法、除法和 mod 运算符。
返回被除数 dividend 除以除数 divisor 得到的商。
整数除法的结果应当截去(truncate)其小数部分,例如:truncate(8.345) = 8 以及 truncate(-2.7335) = -2

【示例 1】
输入: diviend = 10, divisor = 3
输出: 3
解释: 10/3 = truncate(3.33333…) = truncate(3) = 3

【示例 2】
输入: dividend = 7, divisor = -3
输出: -2
解释: 7/-3 = truncate(-2.33333…) = -2

【提示】

  1. 被除数和除数均为 32 位有符号整数。
  2. 除数不为 0。
  3. 假设我们的环境只能存储 32 位有符号整数,其数值范围是 [ − 2 31 , 2 31 − 1 ] [-2^{31},2^{31}-1] [231,2311]。本题中,如果除法结果溢出,则返回 2 31 − 1 2^{31}-1 2311

思路一

主要思路就是计算被除数中包含多少个除数。如果从1开始每次加1循环,时间复杂度太大。可以从1开始每次翻倍循环,加快逼近速度,同时结合递归思想。流程如下:

  1. 若被除数小于除数,则返回0;
  2. 若被除数大于除数,设置计数器为1,进入循环。每次循环将除数翻倍,计数器翻倍,直至被除数小于除数,退出循环。例如:14 / 3。14 > 3,记count = 1;14 > 6,count = 2;14 > 12,count = 4;14 < 24,退出循环。即,14大于4个3,小于8个3,最终结果一定在区间 [ 4 , 8 ) [4,8) [4,8) 中;
  3. 递归,计算 14 - 12 = 2 中包含多少个 3;

溢出处理:
分析可得,只有一组入参会导致溢出,即 dividend = Integer.MIN_VALUE && divisor = -1

代码如下:

public int divide(int dividend, int divisor){
	// 特殊值处理
	if(dividend == 0){
		return 0;
	}
	if(divisor == 1){
		return dividend;
	}
	if(dividend == Integer.MIN_VALUE && divisor == -1){
		return Integer.MAX_VALUE;
	}
	
	// 使用异或判断符号是否相同
	// true为同号,false为异号
	boolean sign = (dividend ^ divisor) >= 0;

	// 除数和被除数均归为正
	// 这里使用long其实不太符合题目中关于位数的要求,但是我没想到其他方法来规避入参中有Integer.MIN_VALUE的方法
	long dividendL = Math.abs((long)dividend);
	long divisorL = Math.abs((long)divisor);
	
	int res = divideBody(dividendL, divisorL);
	return sign ? res : -res;
}

// 主方法
public int divideBody(long dividend, long divisor){
	if(dividend < divisor){
		return 0;
	}
	
	long a = divisor;
	int b = 1;
	// 避免 a + a 溢出
	while(a + a > 0 && dividend > a + a){
		b += b;
		a += a;
	}
	return b + divideBody(dividend - a, divisor);
}

思路二

通过位移,将被除数分别除以 2 31 , 2 30 , . . . 2 1 2^{31},2^{30},...2^{1} 231,230,...21,直至结果大于等于除数。例如100 / 3,当100 / 2 5 2^5 25 时,结果为3,说明100中包含大于等于32个3。100 - 32*3余4,用同样方法计算4中包含多少个3,相加即可得出结果。代码如下:

public int divide(int dividend, int divisor){
	// 前面都是一样的
	if(dividend == 0){
	    return 0;
	}
	if(divisor == 1){
	    return dividend;
	}
	if(dividend == Integer.MIN_VALUE && divisor == -1){
	    return Integer.MAX_VALUE;
	}
	
	boolean sign = (dividend ^ divisor) >= 0;
	long dividendL = Math.abs((long)dividend);
	long divisorL = Math.abs((long)divisor);
	
	// 注意位运算
	int res = 0;
	for(int i = 31; i >= 0; i--){
	    if((dividendL >> i) >= divisorL){
	        res += (1 << i);
	        dividendL -= (divisorL << i);
	    }
	}
	return sign ? res : -res;
}

参考:LeetCode热门题解评论

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