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解题思路:

本题在简单问题上做了许多限制,需要使用排除法一步步导向答案。 $1+2+...+(n-1)+n$ 的计算方法主要有三种:平均计算、迭代、递归。

方法一: 平均计算 问题: 此计算必须使用 乘除法 ,因此本方法不可取,直接排除。

Java
public int sumNums(int n) {
    return (1 + n) * n / 2;
}
Python
def sumNums(n):
    return (1 + n) * n // 2
C++
int sumNums(int n) {
    return (1 + n) * n / 2;
}

方法二: 迭代 问题: 循环必须使用 $while$ 或 $for$ ,因此本方法不可取,直接排除。

Java
public int sumNums(int n) {
    int res = 0;
    for(int i = 1; i <= n; i++)
        res += i;
    return res;
}
Python
def sumNums(n):
    res = 0
    for i in range(1, n + 1):
        res += i
    return res
C++
int sumNums(int n) {
    int res = 0;
    for(int i = 1; i <= n; i++)
        res += i;
    return res;
}

方法三: 递归 问题: 终止条件需要使用 $if$ ,因此本方法不可取。 思考: 除了 $if$ 和 $switch$ 等判断语句外,是否有其他方法可用来终止递归?

Java
public int sumNums(int n) {
    if(n == 1) return 1;
    n += sumNums(n - 1);
    return n;
}
Python
def sumNums(n):
    if n == 1: return 1
    n += sumNums(n - 1)
    return n
C++
int sumNums(int n) {
    if(n == 1) return 1;
    n += sumNums(n - 1);
    return n;
}

Picture1.png

逻辑运算符的短路效应:

常见的逻辑运算符有三种,即 “与 $&&$ ”,“或 $||$ ”,“非 $!$ ” ;而其有重要的短路效应,如下所示:

Java
if(A && B)  // 若 A 为 false ,则 B 的判断不会执行(即短路),直接判定 A && B 为 false

if(A || B) // 若 A 为 true ,则 B 的判断不会执行(即短路),直接判定 A || B 为 true

本题需要实现 “当 $n = 1$ 时终止递归” 的需求,可通过短路效应实现。

Java
n > 1 && sumNums(n - 1) // 当 n = 1 时 n > 1 不成立 ,此时 “短路” ,终止后续递归

复杂度分析:

  • 时间复杂度 $O(n)$ : 计算 $n + (n-1) + ... + 2 + 1$ 需要开启 $n$ 个递归函数。
  • 空间复杂度 $O(n)$ : 递归深度达到 $n$ ,系统使用 $O(n)$ 大小的额外空间。

<Picture2.png,Picture3.png,Picture4.png,Picture5.png,Picture6.png,Picture7.png,Picture8.png,Picture9.png,Picture10.png>

代码:

  1. Java 中,为构成语句,需加一个辅助布尔量 $x$ ,否则会报错;
  2. Java 中,开启递归函数需改写为 sumNums(n - 1) > 0 ,此整体作为一个布尔量输出,否则会报错;
  3. 初始化变量 $res$ 记录结果。( Java 可使用第二栏的简洁写法,不用借助变量 $res$ )。
Java
class Solution {
    int res = 0;
    public int sumNums(int n) {
        boolean x = n > 1 && sumNums(n - 1) > 0;
        res += n;
        return res;
    }
}
Java
class Solution {
    public int sumNums(int n) {
        boolean x = n > 1 && (n += sumNums(n - 1)) > 0;
        return n;
    }
}
Python
class Solution:
    def __init__(self):
        self.res = 0
    def sumNums(self, n: int) -> int:
        n > 1 and self.sumNums(n - 1)
        self.res += n
        return self.res
C++
class Solution {
public:
    int sumNums(int n) {
        n > 1 && (n += sumNums(n - 1));
        return n;
    }
};

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