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復(fù)原IP地址

給定一個(gè)只包含數(shù)字的字符串，復(fù)原它并返回所有可能的 IP 地址格式。

有效的 IP 地址 正好由四個(gè)整數(shù)(每個(gè)整數(shù)位于 0 到 255 之間組成，且不能含有前導(dǎo) 0)，整數(shù)之間用 '.' 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 無(wú)效的 IP 地址。

示例 1：

• 輸入：s = "25525511135"
• 輸出：["255.255.11.135","255.255.111.35"]

示例 2：

• 輸入：s = "0000"
• 輸出：["0.0.0.0"]

示例 3：

• 輸入：s = "1111"
• 輸出：["1.1.1.1"]

示例 4：

• 輸入：s = "010010"
• 輸出：["0.10.0.10","0.100.1.0"]

示例 5：

• 輸入：s = "101023"
• 輸出：["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 僅由數(shù)字組成

思路

做這道題目之前，最好先把131.分割回文串這個(gè)做了。

這道題目相信大家剛看的時(shí)候，應(yīng)該會(huì)一臉茫然。

其實(shí)只要意識(shí)到這是切割問(wèn)題，切割問(wèn)題就可以使用回溯搜索法把所有可能性搜出來(lái)，和剛做過(guò)的131.分割回文串就十分類(lèi)似了。

切割問(wèn)題可以抽象為樹(shù)型結(jié)構(gòu)，如圖：

復(fù)原IP地址

回溯三部曲

• 遞歸參數(shù)

在131.分割回文串中我們就提到切割問(wèn)題類(lèi)似組合問(wèn)題。

startIndex一定是需要的，因?yàn)椴荒苤貜?fù)分割，記錄下一層遞歸分割的起始位置。

本題我們還需要一個(gè)變量pointNum，記錄添加逗點(diǎn)的數(shù)量。

所以代碼如下：

vector<string> result;// 記錄結(jié)果 
 // startIndex: 搜索的起始位置，pointNum:添加逗點(diǎn)的數(shù)量 
 void backtracking(string& s, int startIndex, int pointNum) { 

• 遞歸終止條件

終止條件和131.分割回文串情況就不同了，本題明確要求只會(huì)分成4段，所以不能用切割線(xiàn)切到最后作為終止條件，而是分割的段數(shù)作為終止條件。

pointNum表示逗點(diǎn)數(shù)量，pointNum為3說(shuō)明字符串分成了4段了。

然后驗(yàn)證一下第四段是否合法，如果合法就加入到結(jié)果集里

代碼如下：

if (pointNum == 3) { // 逗點(diǎn)數(shù)量為3時(shí)，分隔結(jié)束 
    // 判斷第四段子字符串是否合法，如果合法就放進(jìn)result中 
    if (isValid(s, startIndex, s.size() - 1)) { 
        result.push_back(s); 
    } 
    return; 
} 

• 單層搜索的邏輯

在131.分割回文串中已經(jīng)講過(guò)在循環(huán)遍歷中如何截取子串。

在for (int i = startIndex; i < s.size(); i++)循環(huán)中 [startIndex, i]這個(gè)區(qū)間就是截取的子串，需要判斷這個(gè)子串是否合法。

如果合法就在字符串后面加上符號(hào).表示已經(jīng)分割。

如果不合法就結(jié)束本層循環(huán)，如圖中剪掉的分支：

復(fù)原IP地址

然后就是遞歸和回溯的過(guò)程：

遞歸調(diào)用時(shí)，下一層遞歸的startIndex要從i+2開(kāi)始(因?yàn)樾枰谧址屑尤肓朔指舴?)，同時(shí)記錄分割符的數(shù)量pointNum 要 +1。

回溯的時(shí)候，就將剛剛加入的分隔符. 刪掉就可以了，pointNum也要-1。

代碼如下：

for (int i = startIndex; i < s.size(); i++) { 
    if (isValid(s, startIndex, i)) { // 判斷 [startIndex,i] 這個(gè)區(qū)間的子串是否合法 
        s.insert(s.begin() + i + 1 , '.');  // 在i的后面插入一個(gè)逗點(diǎn) 
        pointNum++; 
        backtracking(s, i + 2, pointNum);   // 插入逗點(diǎn)之后下一個(gè)子串的起始位置為i+2 
        pointNum--;                         // 回溯 
        s.erase(s.begin() + i + 1);         // 回溯刪掉逗點(diǎn) 
    } else break; // 不合法，直接結(jié)束本層循環(huán) 
} 

判斷子串是否合法

最后就是在寫(xiě)一個(gè)判斷段位是否是有效段位了。

主要考慮到如下三點(diǎn)：

• 段位以0為開(kāi)頭的數(shù)字不合法
• 段位里有非正整數(shù)字符不合法
• 段位如果大于255了不合法

代碼如下：

// 判斷字符串s在左閉又閉區(qū)間[start, end]所組成的數(shù)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開(kāi)頭的數(shù)字不合法 
            return false; 
    } 
    int num = 0; 
    for (int i = start; i <= end; i++) { 
        if (s[i] > '9' || s[i] < '0') { // 遇到非數(shù)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; 
} 

C++代碼

根據(jù)關(guān)于回溯算法，你該了解這些!給出的回溯算法模板：

void backtracking(參數(shù)) { 
    if (終止條件) { 
        存放結(jié)果; 
        return; 
    } 
 
    for (選擇：本層集合中元素（樹(shù)中節(jié)點(diǎn)孩子的數(shù)量就是集合的大小）) { 
        處理節(jié)點(diǎn); 
        backtracking(路徑，選擇列表); // 遞歸 
        回溯，撤銷(xiāo)處理結(jié)果 
    } 
} 

可以寫(xiě)出如下回溯算法C++代碼：

class Solution { 
private: 
    vector<string> result;// 記錄結(jié)果 
    // startIndex: 搜索的起始位置，pointNum:添加逗點(diǎn)的數(shù)量 
    void backtracking(string& s, int startIndex, int pointNum) { 
        if (pointNum == 3) { // 逗點(diǎn)數(shù)量為3時(shí)，分隔結(jié)束 
            // 判斷第四段子字符串是否合法，如果合法就放進(jìn)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)) { // 判斷 [startIndex,i] 這個(gè)區(qū)間的子串是否合法 
                s.insert(s.begin() + i + 1 , '.');  // 在i的后面插入一個(gè)逗點(diǎn) 
                pointNum++; 
                backtracking(s, i + 2, pointNum);   // 插入逗點(diǎn)之后下一個(gè)子串的起始位置為i+2 
                pointNum--;                         // 回溯 
                s.erase(s.begin() + i + 1);         // 回溯刪掉逗點(diǎn) 
            } else break; // 不合法，直接結(jié)束本層循環(huán) 
        } 
    } 
    // 判斷字符串s在左閉又閉區(qū)間[start, end]所組成的數(shù)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開(kāi)頭的數(shù)字不合法 
                return false; 
        } 
        int num = 0; 
        for (int i = start; i <= end; i++) { 
            if (s[i] > '9' || s[i] < '0') { // 遇到非數(shù)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<string> restoreIpAddresses(string s) { 
        result.clear(); 
        if (s.size() > 12) return result; // 算是剪枝了 
        backtracking(s, 0, 0); 
        return result; 
    } 
}; 

總結(jié)

在131.分割回文串中我列舉的分割字符串的難點(diǎn)，本題都覆蓋了。

而且本題還需要操作字符串添加逗號(hào)作為分隔符，并驗(yàn)證區(qū)間的合法性。

可以說(shuō)是131.分割回文串的加強(qiáng)版。

在本文的樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖中，我已經(jīng)把詳細(xì)的分析思路都畫(huà)了出來(lái)，相信大家看了之后一定會(huì)思路清晰不少!

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