每日LeetCode一道题————整数转罗马数字

Posted 2021-12-05 古正风

每日一题

题目说明

12.整数转罗马数字
罗马数字包含以下七种字符： I， V， X， L，C，D 和 M。

字符          数值
I             1
V             5
X             10
L             50
C             100
D             500
M             1000

例如， 罗马数字 2 写做 II ，即为两个并列的 1。12 写做 XII ，即为 X + II 。
27 写做 XXVII, 即为 XX + V + II 。

通常情况下，罗马数字中小的数字在大的数字的右边。
但也存在特例，例如 4 不写做 IIII，而是 IV。
数字 1 在数字 5 的左边，所表示的数等于大数 5 减小数 1 得到的数值 4 。
同样地，数字 9 表示为 IX。这个特殊的规则只适用于以下六种情况：
I 可以放在 V (5) 和 X (10) 的左边，来表示 4 和 9。
X 可以放在 L (50) 和 C (100) 的左边，来表示 40 和 90。
C 可以放在 D (500) 和 M (1000) 的左边，来表示 400 和 900。
给你一个整数，将其转为罗马数字。

示例 1:
输入: num = 3
输出: “III”

示例 2:
输入: num = 4
输出: “IV”

示例 3:
输入: num = 9
输出: “IX”

示例 4:
输入: num = 58
输出: “LVIII”
解释: L = 50, V = 5, III = 3.

示例 5:
输入: num = 1994
输出: “MCMXCIV”
解释: M = 1000, CM = 900, XC = 90, IV = 4.

作者：LeetCode-Solution
链接：https://leetcode-cn.com/problems/integer-to-roman/solution/zheng-shu-zhuan-luo-ma-shu-zi-by-leetcod-75rs/
来源：力扣（LeetCode）
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算法思路

罗马数字：
罗马数字由 7 个不同的单字母符号组成，每个符号对应一个具体的数值。此外，减法规则（如问题描述中所述）给出了额外的 6 个复合符号。这给了我们总共 13 个独特的符号（每个符号由 1 个或 2 个字母组成），如下图所示。

我们用来确定罗马数字的规则是：
对于罗马数字从左到右的每一位，选择尽可能大的符号值。
对于 140，最大可以选择的符号值为 C=100。
接下来，对于剩余的数字 40，最大可以选择的符号值为 XL=40。
因此，140 的对应的罗马数字为 C+XL=CXL。

模拟：
我们可以按照罗马数字的规则建立一个字典，大概内容如下：

    {1000, "M"},
    {900,  "CM"},
    {500,  "D"},
    {400,  "CD"},
    {100,  "C"},
    {90,   "XC"},
    {50,   "L"},
    {40,   "XL"},
    {10,   "X"},
    {9,    "IX"},
    {5,    "V"},
    {4,    "IV"},
    {1,    "I"},

遍历 字典 中的每个数值-符号对，若当前数值value 不超过 num，则从 num 中不断减去 value，直至 num 小于 value，然后遍历下一个数值-符号对。若遍历中 num 为 0 则跳出循环。

代码实现

const pair<int, string> valueSymbols[] = {
    {1000, "M"},
    {900,  "CM"},
    {500,  "D"},
    {400,  "CD"},
    {100,  "C"},
    {90,   "XC"},
    {50,   "L"},
    {40,   "XL"},
    {10,   "X"},
    {9,    "IX"},
    {5,    "V"},
    {4,    "IV"},
    {1,    "I"},
};

class Solution {
public:
    string intToRoman(int num)
    {
        string roman;
        for (const auto[value, symbol] : valueSymbols)
        {
            while (num >= value)
            {
                num -= value;
                roman += symbol;
            }
            if (num == 0)
            {
                break;
            }
        }
        return roman;
    }
};

复杂度分析

• 时间复杂度：O(1)。由于 valueSymbols 长度是固定的，且这 13 字符中的每个字符的出现次数均不会超过 3，因此循环次数有一个确定的上限。对于本题给出的数据范围，循环次数不会超过 15 次。

• 空间复杂度：O(1)。