JAVA由浅入深4种算法解决一道算法题

JAVA由浅入深解决一道数字组合题的4种方案朱咸军，南京市白下区大阳沟30号21-306，210016

摘要:本文首先对数字组合题本身进行要点分析，然后通过4中不同的程序风格由浅入深的介绍了JAVA程序开发之美。

关键词: JAVA由浅入深,JAVA API,正则表达式，数字组合

1题目与分析

1.1题目

一道数字组合题要求：9个数1-9组成三个数，如：327 654 981，每个数字只能用一次，每三个数字组成一个组的数字，第二组数字是第一组数字的两倍，第三组数字是第一组数字的三倍，用程序实现。

1.2要点分析

根据题目要求进行要点分析：

1.9个数1-9组成三个数：三组数字中不能能包含0；

2.每个数字只能用一次：可以推算出三组数字中最大一组数字的值不能超过987，最小一组数字的值不能小于123；

3.每三个数字组成一个组的数字，第二组数字是第一组数字的两倍，第三组数字是第一组数字的三倍：由3组数字之间的关系可以推断出第一组数字为最小，且最小值为123，由第三组数字是第一组数字的三倍可以将第一组数字最大值定位在333，又因为第二个要点决定了第一组数字的第二位只能是2，不难得出第一组数字的第三位最大就是9了。由此推出第一组数字的最大值为329，最小值为123；

4.第二组数字是第一组数字的两倍，第三组数字是第一组数字的三倍：根据相互关系很快能够得到第二组数字和第三组数字。同时结合第二点分析进行结果排重后得到正确结果。

2算法与描述

根据1.2的要点分析JAVA类基本结构已经呈现出来了，类中最多需要2个方法：

1.校验方法：用于数字排重和排除三组数字中包含0的结果；

2.三组数字产生方法：产生的三组数字进行组合进行校验，符合的就是目标结果。

类中第一个基本校验方法貌似公用的，这里给出命名为vaildRepeat（String str），由函数名可知有重复的返回为true，否则返回为false。

这个方法输入参数为一个字符串，该字符串可以是第一组数字、第一第二组数字组合或者是第一第二第三组数字组合的一个字符串。所以方法体定义为如下：

public static Boolean vaildRepeat(String str) {

Boolean flag = false;

return flag;

}

校验方法第一步就是检查方法输入参数中是否包含0，如果包含0立刻返回一个true，一行代码：if(str.indexOf("0")>0){return true;}

方法第二步就是检查数字1到9在输入参数中出现的次数，因为题目中已经限制了数字只能出现一次，所以只要统计这9个数字在字符串中出现的次数就可以了。很明显每个数字统计结果只能是0和1。所以在类初始位置定义了2个final类型的静态常量，静态常量的修改可以帮助解决本题目后续延伸问题。

private static final int MAX_DISPLAY_CNT = 1; //数字统计最大出现次数

private static final String[] NBR_STR_ARR= {"1","2","3","4","5","6","7","8","9"};//枚举出所有可能出现的数字作为一个常量数组，用于后续统计每个数字出现次数；

统计这9个数字在字符串中出现的次数相信不是件难事，下面按照对JAVA编程熟悉程度不同给出四种不同的程序描述。

2.1入门级代码

入门级代码主要是分别生成3组数字，因为第一组数字的范围已经可以确定了，所以循环的起始和终止也就有，代码如下：

for(int i=123;i<=329;i++)//注意中间是小于等于

入门级代码中需要分别产生出3组数字，由于每组数字是一个不定长的数组，在方法的起始的地方定义了2个ArrayList数组，分别为firstList、secList，分别用于存储符合条件的第一组数字和第二组数字。

第一组数字要求在123到330之间的所有符合前三位不重复且不含0的数字组合，符合条件的存入到firstList；

第二组数字是在firstList的范围中*2，转换成字符串后和第一组数字进行拼接成一个字符串，调用vaildRepeat（）方法，返回值为false的存入到secList；

第三组数字在secList列表范围中的数字除以2，然后乘以3，除法结果拼接secList 记录然后再拼接乘以3的结果转化成字符串，调用vaildRepeat（）方法返回值为false的记录就是结果；

fun1代码如下：

public static void fun1(){

ArrayList firstList = new ArrayList(),secList = new ArrayList();

StringBuffer newStr = new StringBuffer();

int v1 = 0, v2 = 0, v3 = 0;//分别存储第一、第二、第三个数字组合

//第一步找出前三位不重复的数子组合

for(int i=123;i<=329;i++){//数值分析最大值为329，最小值为123

if(!vaildRepeat(String.valueOf(i))){

firstList.add(String.valueOf(i));

}

}

//第二步在第一步基础上对第一步结果进行*2，并进行不重复验证

for(int i=0;i

v1 = Integer.parseInt(firstList.get(i).toString());

v2 = v1 *2;

newStr = new StringBuffer();

newStr.append(v1).append(v2);

if(!vaildRepeat(newStr.toString())){

secList.add(v2);

}

}

//在第二步基础上进行1.5倍计算，并进行不重复验证

for(int i=0;i

v2 = Integer.parseInt(secList.get(i).toString());

v1 = v2/2;

v3 = v1*3;

newStr = new StringBuffer();

newStr.append(v1).append(v2).append(v3);

if(!vaildRepeat(newStr.toString())){

System.out.println("Fun1：" + v1 +"," + v2 +"," +v3);

}

}

}

2.2改进代码

fun1代码执行结果就本题所需要的结果，且代码逻辑非常清楚，代码简单易懂。但是运行效率较为底下，尤其是分别生成第一组数字、第二组数字和第三组数字时多次采用循环。改进该部分代码就是一次生成三组数字的一个字符串，然后再进行调用vaildRepeat（）方法返回值为false的记录就是结果。代码如下：

public static void fun2(){

StringBuffer newStr = null;

for(int i=123;i<=329;i++){

newStr = new StringBuffer();

newStr.append(i).append(i*2).append(i*3);

if(!vaildRepeat(newStr.toString())){

System.out.println("Fun2：" + i +"," + i*2 +"," +i*3);

}

}

}

2.3运用JAVA API代码

经过改进后的程序代码已经少了很多了，是否有更简洁的代码取代vaildRepeat（）方法呢？熟悉JAVA API的高手们根据题目要求很快发现如果对字符串进行排序后的字符串一定为“123456789”，所以要对上面生成字符串进行重新排序。

使用JAVA提供API的重新排序功能，取代了vaildRepeat（）方法。排序后结果和字符串

“123456789”进行比对，很大程度上提供了代码执行效率，代码如下：

public static void fun3()

{//该方法抓住了1-9不可重复，对新串排序后进行比较，效率大大提高

String targetStr = "123456789";

String str = null;

StringBuffer newStr = null;

for(int i=123;i<=329;i++){

str = null;//循环置null，该内存可以重复使用，不需要重新开辟内存

newStr = new StringBuffer();

newStr.append(i).append(i*2).append(i*3);

byte[] b = newStr.toString().getBytes();

Arrays.sort(b);

str = new String(b);

if(targetStr.equals(str)){

System.out.println("Fun3：" + i +"," + i*2 +"," +i*3);

}

}

}

到目前为止本题的算法可以只用fun3（）就可以得出正确的答案了。

2.4正则表达式方法

除了上面三种程序外，资深JAVA程序员又给出了一个更高效、更简洁的方法，那就是正则表达式。通过正则表达式去做验证从代码的简洁度、代码执行效率上来讲都是无可挑剔的。

使用正则表达式就先要找到一个表达式，这个表达式需要符合1-9数字不重复且不包含0的2个要求。数字不重复表达式“\\d*(\\d)\\d*\\1”，另外一点是不包含0，在表达式的末尾增加|0，全部就是“\\d*(\\d)\\d*\\1|0”。

public static void fun4(){

// \\d*(\\d)\\d*\\1(判断是否有重复数字)|0(或含0)

Pattern p = https://www.360docs.net/doc/0116629495.html,pile("\\d*(\\d)\\d*\\1|0");

for (int i = 123; i < 329; i++) {

if(!p.matcher("" + i + 2*i + 3*i).find()) {

System.out.println("Fun4：" + i +"," + i*2 +"," +i*3);

}

}

}

最后还需对针对不同方法引用不同的包：

1.入门级代码中需要引入包：java.util.ArrayList;

2.运用JAVA API代码需要引入包：java.util.Arrays;

3.正则表达式方法需要引入包：java.util.regex.Pattern;

在类中定义一个main函数，分别调用类中的方法得到同样的结果，为了能在main方法中不定义对象直接调用类中的方法，需要将各个方法定义成static（静态）方法。

public static void main(String[] args) {

System.out.println("****JAVA基本算法****");

fun1();

System.out.println("****JAVA改进算法****");

fun2();

System.out.println("****JAVA接口型算法****");

fun3();

System.out.println("****正则表达式算法****");

fun4();

}

运行结果如下：

3总结

回过头来我们看一下4个方法代码中需要注意的几个点：

1.final类型的静态常量的运用

在类开始我们定义了2个final类型的静态常量，为什么不把fun3()中的targetStr 也定义成一份final类型的静态常量呢。

按照JAVA基础知识中对于静态常量的定义也可以将targetStr定义为final类型的静态常量，但是实际使用过程中targetStr没有被外部函数重复调用，所以定义为一个方法的局部变量，方法执行完了targetStr所占用的内存就立刻被释放了。

MAX_DISPLAY_CNT和NBR_STR_ARR在校验函数中频繁使用，为了避免每次使用时重新分配内存区域，提高程序执行效率，在类初始化是加载到静态内存区域中，随着类对象生命周期结束，静态变量占用的内存区域也同时被回收。

2. fun1()代码中ArrayList数组为什么是2个而不是3个呢？

因为2个ArrayList对象分别用于临时存储符合条件的第一组数字和第二组数字的，当secList的对象生成结束后，firstList就已经没有存在的必要了，可以对其进行置null

便于GC进行内存立即回收了。

3.StringBuffer的使用

代码中多次使用到StringBuffer newStr = null;然后再循环中才进行实例化操作newStr = new StringBuffer();，而不是在循环体内部进行StringBuffer newStr = new StringBuffer();，这样做的好处是newStr内存可以重复使用，减少内存消耗。另外append （）方法可以直接将int型数字自动转化成String进行字符串拼接。

上面4种算法由浅入深的介绍了本题解决方案，运行效率不断提升。从四种方案让人感受到了JAVA程序开发之美。但是由此题进行延伸的话，将题目中的每个数字只能用一次改为每个数字只能用N次，N在1到9之间，大家不妨自己改改看。