0065-有效数字
有效数字 (按顺序)可以分成以下几个部分:
- 一个 小数 或者 整数
- (可选)一个
'e'
或'E'
,后面跟着一个 整数
小数 (按顺序)可以分成以下几个部分:
- (可选)一个符号字符(
'+'
或'-'
) - 下述格式之一:
1. 至少一位数字,后面跟着一个点'.'
2. 至少一位数字,后面跟着一个点'.'
,后面再跟着至少一位数字
3. 一个点'.'
,后面跟着至少一位数字
整数 (按顺序)可以分成以下几个部分:
- (可选)一个符号字符(
'+'
或'-'
) - 至少一位数字
部分有效数字列举如下:["2", "0089", "-0.1", "+3.14", "4.", "-.9", "2e10", "-90E3", "3e+7", "+6e-1", "53.5e93", "-123.456e789"]
部分无效数字列举如下:["abc", "1a", "1e", "e3", "99e2.5", "--6", "-+3", "95a54e53"]
给你一个字符串 s
,如果 s
是一个 有效数字 ,请返回 true
。
示例 1:
**输入:** s = "0"
**输出:** true
示例 2:
**输入:** s = "e"
**输出:** false
示例 3:
**输入:** s = "."
**输出:** false
提示:
1 <= s.length <= 20
s
仅含英文字母(大写和小写),数字(0-9
),加号'+'
,减号'-'
,或者点'.'
。
方法一:确定有限状态自动机
预备知识
确定有限状态自动机(以下简称「自动机」)是一类计算模型。它包含一系列状态,这些状态中:
- 有一个特殊的状态,被称作「初始状态」。
- 还有一系列状态被称为「接受状态」,它们组成了一个特殊的集合。其中,一个状态可能既是「初始状态」,也是「接受状态」。
起初,这个自动机处于「初始状态」。随后,它顺序地读取字符串中的每一个字符,并根据当前状态和读入的字符,按照某个事先约定好的「转移规则」,从当前状态转移到下一个状态;当状态转移完成后,它就读取下一个字符。当字符串全部读取完毕后,如果自动机处于某个「接受状态」,则判定该字符串「被接受」;否则,判定该字符串「被拒绝」。
注意:如果输入的过程中某一步转移失败了,即不存在对应的「转移规则」,此时计算将提前中止。在这种情况下我们也判定该字符串「被拒绝」。
一个自动机,总能够回答某种形式的「对于给定的输入字符串 S,判断其是否满足条件 P」的问题。在本题中,条件 P 即为「构成合法的表示数值的字符串」。
自动机驱动的编程,可以被看做一种暴力枚举方法的延伸:它穷尽了在任何一种情况下,对应任何的输入,需要做的事情。
自动机在计算机科学领域有着广泛的应用。在算法领域,它与大名鼎鼎的字符串查找算法「KMP 算法」有着密切的关联;在工程领域,它是实现「正则表达式」的基础。
问题描述
在 C++ 文档 中,描述了一个合法的数值字符串应当具有的格式。具体而言,它包含以下部分:
- 符号位,即 $+$、$-$ 两种符号
- 整数部分,即由若干字符 $0-9$ 组成的字符串
- 小数点
- 小数部分,其构成与整数部分相同
- 指数部分,其中包含开头的字符 $\text{e}$(大写小写均可)、可选的符号位,和整数部分
在上面描述的五个部分中,每个部分都不是必需的,但也受一些额外规则的制约,如:
- 如果符号位存在,其后面必须跟着数字或小数点。
- 小数点的前后两侧,至少有一侧是数字。
思路与算法
根据上面的描述,现在可以定义自动机的「状态集合」了。那么怎么挖掘出所有可能的状态呢?一个常用的技巧是,用「当前处理到字符串的哪个部分」当作状态的表述。根据这一技巧,不难挖掘出所有状态:
- 初始状态
- 符号位
- 整数部分
- 左侧有整数的小数点
- 左侧无整数的小数点(根据前面的第二条额外规则,需要对左侧有无整数的两种小数点做区分)
- 小数部分
- 字符 $\text{e}$
- 指数部分的符号位
- 指数部分的整数部分
下一步是找出「初始状态」和「接受状态」的集合。根据题意,「初始状态」应当为状态 0,而「接受状态」的集合则为状态 2、状态 3、状态 5 以及状态 8。换言之,字符串的末尾要么是空格,要么是数字,要么是小数点,但前提是小数点的前面有数字。
最后,需要定义「转移规则」。结合数值字符串应当具备的格式,将自动机转移的过程以图解的方式表示出来:
比较上图与「预备知识」一节中对自动机的描述,可以看出有一点不同:
- 我们没有单独地考虑每种字符,而是划分为若干类。由于全部 $10$ 个数字字符彼此之间都等价,因此只需定义一种统一的「数字」类型即可。对于正负号也是同理。
在实际代码中,我们需要处理转移失败的情况。为了处理这种情况,我们可以创建一个特殊的拒绝状态。如果当前状态下没有对应读入字符的「转移规则」,我们就转移到这个特殊的拒绝状态。一旦自动机转移到这个特殊状态,我们就可以立即判定该字符串不「被接受」。
代码
可以很简单地将上面的状态转移图翻译成代码:
1 | class Solution { |
1 | class Solution { |
1 | public class Solution { |
1 | type State int |
1 | enum State { |
1 | from enum import Enum |
1 | var isNumber = function(s) { |
复杂度分析
时间复杂度:$O(n)$,其中 $n$ 为字符串的长度。我们需要遍历字符串的每个字符,其中状态转移所需的时间复杂度为 $O(1)$。
空间复杂度:$O(1)$。只需要创建固定大小的状态转移表。