* [做项目(多个C++、Java、Go、测开、前端项目)](https://www.programmercarl.com/other/kstar.html) * [刷算法(两个月高强度学算法)](https://www.programmercarl.com/xunlian/xunlianying.html) * [背八股(40天挑战高频面试题)](https://www.programmercarl.com/xunlian/bagu.html) # 93.复原IP地址 [力扣题目链接](https://leetcode.cn/problems/restore-ip-addresses/) 给定一个只包含数字的字符串,复原它并返回所有可能的 IP 地址格式。 有效的 IP 地址 正好由四个整数(每个整数位于 0 到 255 之间组成,且不能含有前导 0),整数之间用 '.' 分隔。 例如:"0.1.2.201" 和 "192.168.1.1" 是 有效的 IP 地址,但是 "0.011.255.245"、"192.168.1.312" 和 "192.168@1.1" 是 无效的 IP 地址。 示例 1: * 输入:s = "25525511135" * 输出:["255.255.11.135","255.255.111.35"] 示例 2: * 输入:s = "0000" * 输出:["0.0.0.0"] 示例 3: * 输入:s = "1111" * 输出:["1.1.1.1"] 示例 4: * 输入:s = "010010" * 输出:["0.10.0.10","0.100.1.0"] 示例 5: * 输入:s = "101023" * 输出:["1.0.10.23","1.0.102.3","10.1.0.23","10.10.2.3","101.0.2.3"] 提示: * 0 <= s.length <= 3000 * s 仅由数字组成 ## 算法公开课 **[《代码随想录》算法视频公开课](https://programmercarl.com/other/gongkaike.html):[回溯算法如何分割字符串并判断是合法IP?| LeetCode:93.复原IP地址](https://www.bilibili.com/video/BV1XP4y1U73i/),相信结合视频再看本篇题解,更有助于大家对本题的理解**。 ## 思路 做这道题目之前,最好先把[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)这个做了。 这道题目相信大家刚看的时候,应该会一脸茫然。 其实只要意识到这是切割问题,**切割问题就可以使用回溯搜索法把所有可能性搜出来**,和刚做过的[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)就十分类似了。 切割问题可以抽象为树型结构,如图: ![93.复原IP地址](https://file1.kamacoder.com/i/algo/20201123203735933.png) ### 回溯三部曲 * 递归参数 在[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)中我们就提到切割问题类似组合问题。 startIndex一定是需要的,因为不能重复分割,记录下一层递归分割的起始位置。 本题我们还需要一个变量pointNum,记录添加逗点的数量。 所以代码如下: ```cpp vector result;// 记录结果 // startIndex: 搜索的起始位置,pointNum:添加逗点的数量 void backtracking(string& s, int startIndex, int pointNum) { ``` * 递归终止条件 终止条件和[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)情况就不同了,本题明确要求只会分成4段,所以不能用切割线切到最后作为终止条件,而是分割的段数作为终止条件。 pointNum表示逗点数量,pointNum为3说明字符串分成了4段了。 然后验证一下第四段是否合法,如果合法就加入到结果集里 代码如下: ```cpp if (pointNum == 3) { // 逗点数量为3时,分隔结束 // 判断第四段子字符串是否合法,如果合法就放进result中 if (isValid(s, startIndex, s.size() - 1)) { result.push_back(s); } return; } ``` * 单层搜索的逻辑 在[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)中已经讲过在循环遍历中如何截取子串。 在`for (int i = startIndex; i < s.size(); i++)`循环中 [startIndex, i] 这个区间就是截取的子串,需要判断这个子串是否合法。 如果合法就在字符串后面加上符号`.`表示已经分割。 如果不合法就结束本层循环,如图中剪掉的分支: ![93.复原IP地址](https://file1.kamacoder.com/i/algo/20201123203735933-20230310132314109.png) 然后就是递归和回溯的过程: 递归调用时,下一层递归的startIndex要从i+2开始(因为需要在字符串中加入了分隔符`.`),同时记录分割符的数量pointNum 要 +1。 回溯的时候,就将刚刚加入的分隔符`.` 删掉就可以了,pointNum也要-1。 代码如下: ```CPP for (int i = startIndex; i < s.size(); i++) { if (isValid(s, startIndex, i)) { // 判断 [startIndex,i] 这个区间的子串是否合法 s.insert(s.begin() + i + 1 , '.'); // 在i的后面插入一个逗点 pointNum++; backtracking(s, i + 2, pointNum); // 插入逗点之后下一个子串的起始位置为i+2 pointNum--; // 回溯 s.erase(s.begin() + i + 1); // 回溯删掉逗点 } else break; // 不合法,直接结束本层循环 } ``` ### 判断子串是否合法 最后就是在写一个判断段位是否是有效段位了。 主要考虑到如下三点: * 段位以0为开头的数字不合法 * 段位里有非正整数字符不合法 * 段位如果大于255了不合法 代码如下: ```CPP // 判断字符串s在左闭右闭区间[start, end]所组成的数字是否合法 bool isValid(const string& s, int start, int end) { if (start > end) { return false; } if (s[start] == '0' && start != end) { // 0开头的数字不合法 return false; } int num = 0; for (int i = start; i <= end; i++) { if (s[i] > '9' || s[i] < '0') { // 遇到非数字字符不合法 return false; } num = num * 10 + (s[i] - '0'); if (num > 255) { // 如果大于255了不合法 return false; } } return true; } ``` 根据[关于回溯算法,你该了解这些!](https://programmercarl.com/回溯算法理论基础.html)给出的回溯算法模板: ``` void backtracking(参数) { if (终止条件) { 存放结果; return; } for (选择:本层集合中元素(树中节点孩子的数量就是集合的大小)) { 处理节点; backtracking(路径,选择列表); // 递归 回溯,撤销处理结果 } } ``` 可以写出如下回溯算法C++代码: ```CPP class Solution { private: vector result;// 记录结果 // startIndex: 搜索的起始位置,pointNum:添加逗点的数量 void backtracking(string& s, int startIndex, int pointNum) { if (pointNum == 3) { // 逗点数量为3时,分隔结束 // 判断第四段子字符串是否合法,如果合法就放进result中 if (isValid(s, startIndex, s.size() - 1)) { result.push_back(s); } return; } for (int i = startIndex; i < s.size(); i++) { if (isValid(s, startIndex, i)) { // 判断 [startIndex,i] 这个区间的子串是否合法 s.insert(s.begin() + i + 1 , '.'); // 在i的后面插入一个逗点 pointNum++; backtracking(s, i + 2, pointNum); // 插入逗点之后下一个子串的起始位置为i+2 pointNum--; // 回溯 s.erase(s.begin() + i + 1); // 回溯删掉逗点 } else break; // 不合法,直接结束本层循环 } } // 判断字符串s在左闭右闭区间[start, end]所组成的数字是否合法 bool isValid(const string& s, int start, int end) { if (start > end) { return false; } if (s[start] == '0' && start != end) { // 0开头的数字不合法 return false; } int num = 0; for (int i = start; i <= end; i++) { if (s[i] > '9' || s[i] < '0') { // 遇到非数字字符不合法 return false; } num = num * 10 + (s[i] - '0'); if (num > 255) { // 如果大于255了不合法 return false; } } return true; } public: vector restoreIpAddresses(string s) { result.clear(); if (s.size() < 4 || s.size() > 12) return result; // 算是剪枝了 backtracking(s, 0, 0); return result; } }; ``` * 时间复杂度: O(3^4),IP地址最多包含4个数字,每个数字最多有3种可能的分割方式,则搜索树的最大深度为4,每个节点最多有3个子节点。 * 空间复杂度: O(n) ## 总结 在[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)中我列举的分割字符串的难点,本题都覆盖了。 而且本题还需要操作字符串添加逗号作为分隔符,并验证区间的合法性。 可以说是[131.分割回文串](https://programmercarl.com/0131.分割回文串.html)的加强版。 在本文的树形结构图中,我已经把详细的分析思路都画了出来,相信大家看了之后一定会思路清晰不少! ## 其他语言版本 ### Java ```java class Solution { List result = new ArrayList<>(); public List restoreIpAddresses(String s) { if (s.length() > 12) return result; // 算是剪枝了 backTrack(s, 0, 0); return result; } // startIndex: 搜索的起始位置, pointNum:添加逗点的数量 private void backTrack(String s, int startIndex, int pointNum) { if (pointNum == 3) {// 逗点数量为3时,分隔结束 // 判断第四段⼦字符串是否合法,如果合法就放进result中 if (isValid(s,startIndex,s.length()-1)) { result.add(s); } return; } for (int i = startIndex; i < s.length(); i++) { if (isValid(s, startIndex, i)) { s = s.substring(0, i + 1) + "." + s.substring(i + 1); //在str的后⾯插⼊⼀个逗点 pointNum++; backTrack(s, i + 2, pointNum);// 插⼊逗点之后下⼀个⼦串的起始位置为i+2 pointNum--;// 回溯 s = s.substring(0, i + 1) + s.substring(i + 2);// 回溯删掉逗点 } else { break; } } } // 判断字符串s在左闭⼜闭区间[start, end]所组成的数字是否合法 private Boolean isValid(String s, int start, int end) { if (start > end) { return false; } if (s.charAt(start) == '0' && start != end) { // 0开头的数字不合法 return false; } int num = 0; for (int i = start; i <= end; i++) { if (s.charAt(i) > '9' || s.charAt(i) < '0') { // 遇到⾮数字字符不合法 return false; } num = num * 10 + (s.charAt(i) - '0'); if (num > 255) { // 如果⼤于255了不合法 return false; } } return true; } } //方法一:但使用stringBuilder,故优化时间、空间复杂度,因为向字符串插入字符时无需复制整个字符串,从而减少了操作的时间复杂度,也不用开新空间存subString,从而减少了空间复杂度。 class Solution { List result = new ArrayList<>(); public List restoreIpAddresses(String s) { StringBuilder sb = new StringBuilder(s); backTracking(sb, 0, 0); return result; } private void backTracking(StringBuilder s, int startIndex, int dotCount){ if(dotCount == 3){ if(isValid(s, startIndex, s.length() - 1)){ result.add(s.toString()); } return; } for(int i = startIndex; i < s.length(); i++){ if(isValid(s, startIndex, i)){ s.insert(i + 1, '.'); backTracking(s, i + 2, dotCount + 1); s.deleteCharAt(i + 1); }else{ break; } } } //[start, end] private boolean isValid(StringBuilder s, int start, int end){ if(start > end) return false; if(s.charAt(start) == '0' && start != end) return false; int num = 0; for(int i = start; i <= end; i++){ int digit = s.charAt(i) - '0'; num = num * 10 + digit; if(num > 255) return false; } return true; } } //方法二:比上面的方法时间复杂度低,更好地剪枝,优化时间复杂度 class Solution { List result = new ArrayList(); StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); public List restoreIpAddresses(String s) { restoreIpAddressesHandler(s, 0, 0); return result; } // number表示stringbuilder中ip段的数量 public void restoreIpAddressesHandler(String s, int start, int number) { // 如果start等于s的长度并且ip段的数量是4,则加入结果集,并返回 if (start == s.length() && number == 4) { result.add(stringBuilder.toString()); return; } // 如果start等于s的长度但是ip段的数量不为4,或者ip段的数量为4但是start小于s的长度,则直接返回 if (start == s.length() || number == 4) { return; } // 剪枝:ip段的长度最大是3,并且ip段处于[0,255] for (int i = start; i < s.length() && i - start < 3 && Integer.parseInt(s.substring(start, i + 1)) >= 0 && Integer.parseInt(s.substring(start, i + 1)) <= 255; i++) { if (i + 1 - start > 1 && s.charAt(start) - '0' == 0) { break; } stringBuilder.append(s.substring(start, i + 1)); // 当stringBuilder里的网段数量小于3时,才会加点;如果等于3,说明已经有3段了,最后一段不需要再加点 if (number < 3) { stringBuilder.append("."); } number++; restoreIpAddressesHandler(s, i + 1, number); number--; // 删除当前stringBuilder最后一个网段,注意考虑点的数量的问题 stringBuilder.delete(start + number, i + number + 2); } } } ``` ### Python 回溯(版本一) ```python class Solution: def restoreIpAddresses(self, s: str) -> List[str]: result = [] self.backtracking(s, 0, 0, "", result) return result def backtracking(self, s, start_index, point_num, current, result): if point_num == 3: # 逗点数量为3时,分隔结束 if self.is_valid(s, start_index, len(s) - 1): # 判断第四段子字符串是否合法 current += s[start_index:] # 添加最后一段子字符串 result.append(current) return for i in range(start_index, len(s)): if self.is_valid(s, start_index, i): # 判断 [start_index, i] 这个区间的子串是否合法 sub = s[start_index:i + 1] self.backtracking(s, i + 1, point_num + 1, current + sub + '.', result) else: break def is_valid(self, s, start, end): if start > end: return False if s[start] == '0' and start != end: # 0开头的数字不合法 return False num = 0 for i in range(start, end + 1): if not s[i].isdigit(): # 遇到非数字字符不合法 return False num = num * 10 + int(s[i]) if num > 255: # 如果大于255了不合法 return False return True ``` 回溯(版本二) ```python class Solution: def restoreIpAddresses(self, s: str) -> List[str]: results = [] self.backtracking(s, 0, [], results) return results def backtracking(self, s, index, path, results): if index == len(s) and len(path) == 4: results.append('.'.join(path)) return if len(path) > 4: # 剪枝 return for i in range(index, min(index + 3, len(s))): if self.is_valid(s, index, i): sub = s[index:i+1] path.append(sub) self.backtracking(s, i+1, path, results) path.pop() def is_valid(self, s, start, end): if start > end: return False if s[start] == '0' and start != end: # 0开头的数字不合法 return False num = int(s[start:end+1]) return 0 <= num <= 255 回溯(版本三) ```python class Solution: def restoreIpAddresses(self, s: str) -> List[str]: result = [] self.backtracking(s, 0, [], result) return result def backtracking(self, s, startIndex, path, result): if startIndex == len(s): result.append('.'.join(path[:])) return for i in range(startIndex, min(startIndex+3, len(s))): # 如果 i 往后遍历了,并且当前地址的第一个元素是 0 ,就直接退出 if i > startIndex and s[startIndex] == '0': break # 比如 s 长度为 5,当前遍历到 i = 3 这个元素 # 因为还没有执行任何操作,所以此时剩下的元素数量就是 5 - 3 = 2 ,即包括当前的 i 本身 # path 里面是当前包含的子串,所以有几个元素就表示储存了几个地址 # 所以 (4 - len(path)) * 3 表示当前路径至多能存放的元素个数 # 4 - len(path) 表示至少要存放的元素个数 if (4 - len(path)) * 3 < len(s) - i or 4 - len(path) > len(s) - i: break if i - startIndex == 2: if not int(s[startIndex:i+1]) <= 255: break path.append(s[startIndex:i+1]) self.backtracking(s, i+1, path, result) path.pop() ``` ### Go ```go var ( path []string res []string ) func restoreIpAddresses(s string) []string { path, res = make([]string, 0, len(s)), make([]string, 0) dfs(s, 0) return res } func dfs(s string, start int) { if len(path) == 4 { // 够四段后就不再继续往下递归 if start == len(s) { str := strings.Join(path, ".") res = append(res, str) } return } for i := start; i < len(s); i++ { if i != start && s[start] == '0' { // 含有前导 0,无效 break } str := s[start : i+1] num, _ := strconv.Atoi(str) if num >= 0 && num <= 255 { path = append(path, str) // 符合条件的就进入下一层 dfs(s, i+1) path = path[:len(path) - 1] } else { // 如果不满足条件,再往后也不可能满足条件,直接退出 break } } } ``` ### JavaScript ```js /** * @param {string} s * @return {string[]} */ var restoreIpAddresses = function(s) { const res = [], path = []; backtracking(0, 0) return res; function backtracking(i) { const len = path.length; if(len > 4) return; if(len === 4 && i === s.length) { res.push(path.join(".")); return; } for(let j = i; j < s.length; j++) { const str = s.slice(i, j + 1); if(str.length > 3 || +str > 255) break; if(str.length > 1 && str[0] === "0") break; path.push(str); backtracking(j + 1); path.pop() } } }; ``` ### TypeScript ```typescript function isValidIpSegment(str: string): boolean { let resBool: boolean = true; let tempVal: number = Number(str); if ( str.length === 0 || isNaN(tempVal) || tempVal > 255 || tempVal < 0 || (str.length > 1 && str[0] === '0') ) { resBool = false; } return resBool; } function restoreIpAddresses(s: string): string[] { const resArr: string[] = []; backTracking(s, 0, []); return resArr; function backTracking(s: string, startIndex: number, route: string[]): void { let length: number = s.length; if (route.length === 4 && startIndex >= length) { resArr.push(route.join('.')); return; } if (route.length === 4 || startIndex >= length) return; let tempStr: string = ''; for (let i = startIndex + 1; i <= Math.min(length, startIndex + 3); i++) { tempStr = s.slice(startIndex, i); if (isValidIpSegment(tempStr)) { route.push(s.slice(startIndex, i)); backTracking(s, i, route); route.pop(); } } } }; ``` ### Rust ```Rust impl Solution { fn is_valid(s: &[char], start: usize, end: usize) -> bool { if start > end { return false; } if s[start] == '0' && start != end { return false; } let mut num = 0; for &c in s.iter().take(end + 1).skip(start) { if !('0'..='9').contains(&c) { return false; } if let Some(digit) = c.to_digit(10) { num = num * 10 + digit; } if num > 255 { return false; } } true } fn backtracking(result: &mut Vec, s: &mut Vec, start_index: usize, mut point_num: usize) { let len = s.len(); if point_num == 3 { if Self::is_valid(s, start_index, len - 1) { result.push(s.iter().collect::()); } return; } for i in start_index..len { if Self::is_valid(s, start_index, i) { point_num += 1; s.insert(i + 1, '.'); Self::backtracking(result, s, i + 2, point_num); point_num -= 1; s.remove(i + 1); } else { break; } } } pub fn restore_ip_addresses(s: String) -> Vec { let mut result: Vec = Vec::new(); let len = s.len(); if len < 4 || len > 12 { return result; } let mut s = s.chars().collect::>(); Self::backtracking(&mut result, &mut s, 0, 0); result } } ``` ### C ```c //记录结果 char** result; int resultTop; //记录应该加入'.'的位置 int segments[3]; int isValid(char* s, int start, int end) { if(start > end) return 0; if (s[start] == '0' && start != end) { // 0开头的数字不合法 return false; } int num = 0; for (int i = start; i <= end; i++) { if (s[i] > '9' || s[i] < '0') { // 遇到非数字字符不合法 return false; } num = num * 10 + (s[i] - '0'); if (num > 255) { // 如果大于255了不合法 return false; } } return true; } //startIndex为起始搜索位置,pointNum为'.'对象 void backTracking(char* s, int startIndex, int pointNum) { //若'.'数量为3,分隔结束 if(pointNum == 3) { //若最后一段字符串符合要求,将当前的字符串放入result种 if(isValid(s, startIndex, strlen(s) - 1)) { char* tempString = (char*)malloc(sizeof(char) * strlen(s) + 4); int j; //记录添加字符时tempString的下标 int count = 0; //记录添加字符时'.'的使用数量 int count1 = 0; for(j = 0; j < strlen(s); j++) { tempString[count++] = s[j]; //若'.'的使用数量小于3且当前下标等于'.'下标,添加'.'到数组 if(count1 < 3 && j == segments[count1]) { tempString[count++] = '.'; count1++; } } tempString[count] = 0; //扩容result数组 result = (char**)realloc(result, sizeof(char*) * (resultTop + 1)); result[resultTop++] = tempString; } return ; } int i; for(i = startIndex; i < strlen(s); i++) { if(isValid(s, startIndex, i)) { //记录应该添加'.'的位置 segments[pointNum] = i; backTracking(s, i + 1, pointNum + 1); } else { break; } } } char ** restoreIpAddresses(char * s, int* returnSize){ result = (char**)malloc(0); resultTop = 0; backTracking(s, 0, 0); *returnSize = resultTop; return result; } ``` ### Swift ```swift // 判断区间段是否合法 func isValid(s: [Character], start: Int, end: Int) -> Bool { guard start <= end, start >= 0, end < s.count else { return false } // 索引不合法 if start != end, s[start] == "0" { return false } // 以0开头的多位数字不合法 var num = 0 for i in start ... end { let c = s[i] guard c >= "0", c <= "9" else { return false } // 非数字不合法 let value = c.asciiValue! - ("0" as Character).asciiValue! num = num * 10 + Int(value) guard num <= 255 else { return false } // 大于255不合法 } return true } func restoreIpAddresses(_ s: String) -> [String] { var s = Array(s) // 转换成字符数组以便于比较 var result = [String]() // 结果 func backtracking(startIndex: Int, pointCount: Int) { guard startIndex < s.count else { return } // 索引不合法 // 结束条件 if pointCount == 3 { // 最后一段也合法,则收集结果 if isValid(s: s, start: startIndex, end: s.count - 1) { result.append(String(s)) } return } for i in startIndex ..< s.count { // 判断[starIndex, i]子串是否合法,合法则插入“.”,否则结束本层循环 if isValid(s: s, start: startIndex, end: i) { s.insert(".", at: i + 1) // 子串后面插入“.” backtracking(startIndex: i + 2, pointCount: pointCount + 1) // 注意这里时跳2位,且通过pointCount + 1局部变量隐藏了pointCount的回溯 s.remove(at: i + 1) // 回溯 } else { break } } } backtracking(startIndex: 0, pointCount: 0) return result } ``` ### Scala ```scala object Solution { import scala.collection.mutable def restoreIpAddresses(s: String): List[String] = { var result = mutable.ListBuffer[String]() if (s.size < 4 || s.length > 12) return result.toList var path = mutable.ListBuffer[String]() // 判断IP中的一个字段是否为正确的 def isIP(sub: String): Boolean = { if (sub.size > 1 && sub(0) == '0') return false if (sub.toInt > 255) return false true } def backtracking(startIndex: Int): Unit = { if (startIndex >= s.size) { if (path.size == 4) { result.append(path.mkString(".")) // mkString方法可以把集合里的数据以指定字符串拼接 return } return } // subString for (i <- startIndex until startIndex + 3 if i < s.size) { var subString = s.substring(startIndex, i + 1) if (isIP(subString)) { // 如果合法则进行下一轮 path.append(subString) backtracking(i + 1) path = path.take(path.size - 1) } } } backtracking(0) result.toList } } ``` ### C# ```csharp public class Solution { public IList res = new List(); public IList RestoreIpAddresses(string s) { if (s.Length < 4 || s.Length > 12) return res; BackTracking(s, 0, 0); return res; } public void BackTracking(string s, int start, int pointSum) { if (pointSum == 3) { if (IsValid(s, start, s.Length - 1)) { res.Add(s); } return; } for (int i = start; i < s.Length; i++) { if (IsValid(s, start, i)) { s = s.Insert(i + 1, "."); BackTracking(s, i + 2, pointSum + 1); s = s.Remove(i + 1, 1); } else break; } } public bool IsValid(string s, int start, int end) { if (start > end) return false; if (s[start] == '0' && start != end) return false; int num = 0; for (int i = start; i <= end; i++) { if (s[i] > '9' || s[i] < '0') return false; num = num * 10 + s[i] - '0'; if (num > 255) return false; } return true; } } ```