设计机械累加器

标签: 位运算 递归 脑筋急转弯

难度: Medium

请设计一个机械累加器,计算从 1、2... 一直累加到目标数值 target 的总和。注意这是一个只能进行加法操作的程序,不具备乘除、if-else、switch-case、for 循环、while 循环,及条件判断语句等高级功能。

示例 1:

输入: target = 5
输出: 15

示例 2:

输入: target = 7
输出: 28

提示:

  • 1 <= target <= 10000

Submission

运行时间: 48 ms

内存: 22.8 MB

class Solution:
    def __init__(self):
        self.sum = 0
    def mechanicalAccumulator(self, target: int) -> int:
        target > 1 and self.mechanicalAccumulator( target - 1)
        self.sum += target
        return self.sum
        

Explain

题解使用了递归的方法来实现一个机械累加器。由于题目限制了使用循环和条件判断语句,递归提供了一种可用的替代方案。在递归函数中,首先检查target是否大于1,如果是,则递归调用自身,传入target-1作为新的参数。这个递归调用持续进行,直到target减到1为止。每次函数调用都会将当前的target值加到累加器self.sum上。最终,当递归完成时,self.sum中储存了从1加到target的总和。

时间复杂度: O(n)

空间复杂度: O(n)

class Solution:
    def __init__(self):
        self.sum = 0  # 初始化累加器

    def mechanicalAccumulator(self, target: int) -> int:
        # 递归求和,条件运算代替if语句
        target > 1 and self.mechanicalAccumulator(target - 1)
        self.sum += target  # 将当前target加到总和
        return self.sum  # 返回计算的总和

Explore

在题解中,递归的深度依赖于`target`的值,因为每次递归调用会减少`target`的值直到1。Python 的默认递归深度限制大约为1000(这个值可以通过`sys.setrecursionlimit()`调整),因此当`target`的值不超过1000时,这种递归方法通常是安全的,不会引起堆栈溢出。然而,如果`target`的值大于1000,这种方法可能会导致堆栈溢出错误。为了处理更大的`target`值,可以考虑使用尾递归优化或迭代方法来减少堆栈占用。

在Python中,逻辑运算符`and`会先评估左侧表达式的值;如果左侧表达式为假,则整个表达式的结果为假,且右侧表达式不会被执行。如果左侧表达式为真,那么右侧表达式会被执行,整个表达式的结果即为右侧表达式的结果。在这个题解中,`target > 1 and self.mechanicalAccumulator(target - 1)`的作用是:当`target`大于1时,递归调用`self.mechanicalAccumulator(target - 1)`;当`target`等于1时,由于`target > 1`为假,递归不再继续,从而避免了使用显式的条件判断语句。

递归函数通过每次将`target`的值减少1来逐步递减到1,这种方式确保了每个介于1和`target`之间的整数都恰好被加入到累加器`self.sum`中一次。递归的基本案例是`target`为1,此时递归停止,不再进行进一步的递归调用。通过这种从`target`递减到1的方式,确保了累加器可以收集到从1到`target`的所有整数的总和。