43. Multiply Strings(大数相乘)

问题描述:

Given two numbers represented as strings, return multiplication of the numbers as a string.

Note: The numbers can be arbitrarily large and are non-negative.

问题求解:

Space cost O(n)
Time cost O(n)
代码如下:

class Solution {
public:
    string multiply(string num1, string num2) {
        int n1=num1.size();
        int n2=num2.size();
        int n=n1+n2;
        if(num1=="0" || num2=="0" || n1==0 || n2==0) return "0";
        vector<int> a(n,0);//乘积数组
        string str="";//返回的字符串结果
        for(int i=n1-1;i>=0;i--)
        {//从后往前是位数升高的方向
            for(int j=n2-1;j>=0;j--)
            {//(1)得到乘积数组各个位上的数(还未处理进位)
                a[i+j+1] += (num1[i]-'0')*(num2[j]-'0');
            }
        }
        //如a[i]=12,a[i-1]=3,处理进位:a[i-1]=3 + 12/10=4;a[i]=12%10=2;
        for(int i=n-1;i>0;i--)
        {//(2)从低位到高位依次处理进位.高位a[i-1],低位a[i]
            a[i-1] += a[i]/10;//高位=高位初始乘积数+进位
            a[i] %= 10;
        }
        int i=0;
        if(a[i]==0)
        {//(3)若最高位是0,则处理掉
            i++;
        }
        while(i<n)
        {//(4)将数组中的结果依次转换为字符加到str中
            str += a[i++]+'0';//注意i++!!!
        }
        return str;
    }
};
### C++ 实现字符串相乘 为了实现两个大数(表示为字符串)之间的相乘操作,可以采用分治策略中的 Karatsuba 算法来优化效率。传统方法会模拟手工乘法规则逐位计算并累加中间结果,而 Karatsuba 则通过减少部分子问题的数量达到加速效果。 #### 使用朴素方法进行字符串相乘 对于简单情况可以直接按照竖式运算逻辑编写程序: ```cpp #include <string> using namespace std; // 辅助函数用于单字符与整数相乘再拼接零的结果 string multiplyCharAndString(char ch, const string& numStr, int zeros) { if (ch == '0' || numStr.empty()) return "0"; string result; int carry = 0; for (int i = numStr.size() - 1; i >= 0; --i) { int product = (numStr[i] - '0') * (ch - '0') + carry; result.push_back(product % 10 + '0'); carry = product / 10; } if (carry > 0) result.push_back(carry + '0'); while(zeros--) result += '0'; reverse(result.begin(), result.end()); return result; } // 主要功能:两字符串形式的大数相乘 string multiply(const string& num1, const string& num2) { if(num1=="0"||num2=="0")return "0"; string sum="0"; for(int i=num2.length()-1,j=0;i>=0;--i,++j){ sum=addStrings(sum,multiplyCharAndString(num2[i],num1,j)); } return sum; } ``` 上述代码实现了基本的多位数乘法过程[^3]。然而当处理非常大的数值时性能可能不佳,此时推荐考虑更高效的算法如 Karatsuba 来替代传统的 O(n^2) 复杂度方案。 #### 应用 Karatsuba 快速乘法改进版本 Karatsuba 方法能够降低时间复杂度至约 O(n^log_2(3)) ≈ O(n^1.58),适合于超大规模数据集下的高效计算需求。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> std::string addLargeNumbers(std::string str1, std::string str2); void karatsubaMultiplyHelper(long long* lowResult, long long* highResult, const char* num1, size_t len1, const char* num2, size_t len2); std::string fastMultiply(const std::string& s1, const std::string& s2) { // Implementation details omitted here... // Refer to the full implementation at http://www.geeksforgeeks.org/divide-and-conquer-set-2-karatsuba-algorithm-for-fast-multiplication/ return ""; // Placeholder for actual returned value after implementing. } // ... Other helper functions and implementations ... ``` 此段伪代码展示了如何调用快速乘法库函数完成相同任务,并暗示了具体细节可参阅外部链接资源获取完整的 Karatsuba 算法实现。
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