作者介绍：10年大厂数据\经营分析经验，现任大厂数据部门负责人。
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LeetCode解锁1000题: 打怪升级之旅
python数据分析可视化：企业实战案例
备注说明：方便大家阅读，统一使用python，带必要注释，公众号 数据分析螺丝钉 一起打怪升级
题目描述
验证给定的字符串是否可以解释为十进制数字。
例如:
- “0” =>
true - “0.1” =>
true - “abc” =>
false - “1 a” =>
false - “2e10” =>
true - " -90e3 " =>
true - " 1e" =>
false - “e3” =>
false - " 6e-1" =>
true - " 99e2.5 " =>
false - “53.5e93” =>
true - " --6 " =>
false - “-+3” =>
false - “95a54e53” =>
false
说明: 我们考虑在 ASCII 字符集中的空白字符，非负整数和小数。
输入格式
- s：一个字符串。
输出格式
- 返回一个布尔值，表示是否为有效的十进制数字。
方法一：有限状态自动机（Finite State Automaton, FSA）
解题步骤
- 定义状态：创建状态转换表，包括接受数字、符号、小数点、指数符号等状态。
- 初始化状态：初始状态设定为
start。 - 状态转移：根据当前字符和状态转换表更新状态。
- 终止检查：最终状态在接受状态集合中，则返回
true；否则返回false。
完整的规范代码
def isNumber(s):"""使用有限状态自动机（FSA）方法判断字符串是否为有效的十进制数字:param s: str, 输入字符串:return: bool, 是否为有效的十进制数字"""state = 0finals = [0, 0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1] # 有效终止状态transitionTable = [[0, 1, 6, 2, -1, -1], # state 0[-1, -1, 6, 2, -1, -1], # state 1[-1, -1, 3, -1, -1, -1], # state 2[8, -1, 3, -1, 4, -1], # state 3[-1, 7, 5, -1, -1, -1], # state 4[8, -1, 5, -1, -1, -1], # state 5[8, -1, 6, 3, 4, -1], # state 6[-1, -1, 5, -1, -1, -1], # state 7[8, -1, -1, -1, -1, -1] # state 8]# Input classes: [invalid, '+/-', 'number', '.', 'e/E', 'other']def inputType(c):if c == ' ':return 0if c in '+-':return 1if c.isdigit():return 2if c == '.':return 3if c in 'eE':return 4return 5for c in s.strip():state = transitionTable[state][inputType(c)]if state == -1:return Falsereturn finals[state] == 1# 示例调用
print(isNumber("0")) # 输出: True
print(isNumber("0.1")) # 输出: True
print(isNumber("abc")) # 输出: False
print(isNumber("1 a")) # 输出: False
print(isNumber("2e10")) # 输出: True
print(isNumber(" -90e3 ")) # 输出: True
print(isNumber("1e")) # 输出: False
print(isNumber("e3")) # 输出: False
print(isNumber("6e-1")) # 输出: True
print(isNumber("99e2.5")) # 输出: False
print(isNumber("53.5e93")) # 输出: True
print(isNumber("--6")) # 输出: False
print(isNumber("-+3")) # 输出: False
print(isNumber("95a54e53")) # 输出: False
算法分析
- 时间复杂度：(O(n))，只需要遍历字符串一次。
- 空间复杂度：(O(1))，状态转换表的大小是常数。
方法二：正则表达式
解题步骤
- 定义正则表达式：使用正则表达式匹配可能的数字模式。
- 模式匹配：使用 Python 的
re模块来检查字符串是否符合定义的正则表达式。
完整的规范代码
import redef isNumber(s):"""使用正则表达式判断字符串是否为有效的十进制数字:param s: str, 输入字符串:return: bool, 是否为有效的十进制数字"""pattern = r'^[+-]?(\d+(\.\d*)?|\.\d+)([eE][+-]?\d+)?$'return re.match(pattern, s.strip()) is not None# 示例调用
print(isNumber("0")) # 输出: True
print(isNumber("0.1")) # 输出: True
print(isNumber("abc")) # 输出: False
print(isNumber("1 a")) # 输出: False
print(isNumber("2e10")) # 输出: True
print(isNumber(" -90e3 ")) # 输出: True
print(isNumber("1e")) # 输出: False
print(isNumber("e3")) # 输出: False
print(isNumber("6e-1")) # 输出: True
print(isNumber("99e2.5")) # 输出: False
print(isNumber("53.5e93")) # 输出: True
print(isNumber("--6")) # 输出: False
print(isNumber("-+3")) # 输出: False
print(isNumber("95a54e53")) # 输出: False
算法分析
- 时间复杂度：(O(n))，正则表达式的匹配时间通常与字符串长度线性相关。
- 空间复杂度：(O(1))，正则表达式的空间占用是常数。
方法三：分情况讨论
解题步骤
- 逐字符分析：逐个分析字符串中的字符，根据数字、小数点、指数部分、符号等进行分类处理。
- 状态标记：使用标志位记录是否出现过数字、小数点、指数等，以正确处理各种情况。
完整的规范代码
def isNumber(s):"""分情况讨论法判断字符串是否为有效的十进制数字:param s: str, 输入字符串:return: bool, 是否为有效的十进制数字"""s = s.strip()if not s:return Falsenumeric = Falsedecimal = Falseexponent = Falsei = 0# 处理符号if s[0] in "+-":i += 1while i < len(s):if s[i].isdigit():numeric = Trueelif s[i] == '.':if decimal or exponent:return Falsedecimal = Trueelif s[i] in "eE":if exponent or not numeric:return Falseexponent = Truenumeric = False # 需要在e之后看到数字decimal = False # 防止e之后出现小数点if i + 1 < len(s) and s[i+1] in "+-":i += 1else:return Falsei += 1return numeric# 示例调用
print(isNumber("0")) # 输出: True
print(isNumber("0.1")) # 输出: True
print(isNumber("abc")) # 输出: False
print(isNumber("1 a")) # 输出: False
print(isNumber("2e10")) # 输出: True
print(isNumber(" -90e3 ")) # 输出: True
print(isNumber("1e")) # 输出: False
print(isNumber("e3")) # 输出: False
print(isNumber("6e-1")) # 输出: True
print(isNumber("99e2.5")) # 输出: False
print(isNumber("53.5e93")) # 输出: True
print(isNumber("--6")) # 输出: False
print(isNumber("-+3")) # 输出: False
print(isNumber("95a54e53")) # 输出: False
算法分析
- 时间复杂度：(O(n))，需要遍历整个字符串。
- 空间复杂度：(O(1))，只使用了几个辅助变量。### 方法四：逐步细化条件的处理
解题步骤
- 初始化变量：定义几个变量来标识数字状态，如是否遇到数字、小数点、指数等。
- 遍历字符串：逐字符检查，并根据字符类型（数字、小数点、指数、符号）更新状态。
- 后续验证：遍历结束后，根据标记的状态判断字符串是否符合数字格式。
完整的规范代码
def isNumber(s):"""逐步细化条件处理法判断字符串是否为有效的十进制数字:param s: str, 输入字符串:return: bool, 是否为有效的十进制数字"""s = s.strip()num, dot, exp, numAfterE = False, False, False, Falsefor i, char in enumerate(s):if char.isdigit():num = TruenumAfterE = Trueelif char == '.':if dot or exp:return Falsedot = Trueelif char in "eE":if exp or not num:return Falseexp = TruenumAfterE = Falseelif char in "+-":if i > 0 and s[i-1] not in "eE":return Falseelse:return Falsereturn num and numAfterE# 示例调用
print(isNumber("0")) # 输出: True
print(isNumber("0.1")) # 输出: True
print(isNumber("abc")) # 输出: False
print(isNumber("1 a")) # 输出: False
print(isNumber("2e10")) # 输出: True
print(isNumber(" -90e3 ")) # 输出: True
print(isNumber("1e")) # 输出: False
print(isNumber("e3")) # 输出: False
print(isNumber("6e-1")) # 输出: True
print(isNumber("99e2.5")) # 输出: False
print(isNumber("53.5e93")) # 输出: True
print(isNumber("--6")) # 输出: False
print(isNumber("-+3")) # 输出: False
print(isNumber("95a54e53")) # 输出: False
算法分析
- 时间复杂度：(O(n))，需要遍历整个字符串一次。
- 空间复杂度：(O(1))，使用固定数量的标记变量。
方法五：分割加验证法
解题步骤
- 分割处理：首先检查并处理可能的空格，然后分割处理可能的指数部分。
- 验证各部分：单独验证整数/小数部分和指数部分的合法性。
- 组合结果：确保整数/小数部分和指数部分均合法。
完整的规范代码
def isNumber(s):"""分割加验证法判断字符串是否为有效的十进制数字:param s: str, 输入字符串:return: bool, 是否为有效的十进制数字"""s = s.strip()if 'e' in s or 'E' in s:parts = s.split('e') if 'e' in s else s.split('E')if len(parts) != 2:return Falseleft, right = partsreturn (isDecimal(left) or isInteger(left)) and isInteger(right)else:return isDecimal(s) or isInteger(s)def isDecimal(part):if not part or (part[0] in '+-' and len(part) == 1):return Falsepart = part[1:] if part[0] in '+-' else partdot_seen = Falsenum_seen = Falsefor char in part:if char.isdigit():num_seen = Trueelif char == '.':if dot_seen:return Falsedot_seen = Trueelse:return Falsereturn num_seendef isInteger(part):if not part:return Falsepart = part[1:] if part[0] in '+-' else partreturn part.isdigit()# 示例调用
print(isNumber("0")) # 输出: True
print(isNumber("0.1")) # 输出: True
print(isNumber("abc")) # 输出: False
print(isNumber("1 a")) # 输出: False
print(isNumber("2e10")) # 输出: True
print(isNumber(" -90e3 ")) # 输出: True
print(isNumber("1e")) # 输出: False
print(isNumber("e3")) # 输出: False
print(isNumber("6e-1")) # 输出: True
print(isNumber("99e2.5")) # 输出: False
print(isNumber("53.5e93")) # 输出: True
print(isNumber("--6")) # 输出: False
print(isNumber("-+3")) # 输出: False
print(isNumber("95a54e53")) # 输出: False
算法分析
- 时间复杂度：(O(n))，分割和验证各部分总共需要遍历字符串一次或多次。
- 空间复杂度：(O(1))，除了输入字符串外，使用了有限的额外空间。
不同算法的优劣势对比
| 特征 | 方法一: FSA | 方法二: 正则表达式 | 方法三: 分情况讨论 | 方法四: 逐步细化 | 方法五: 分割加验证 |
|---|---|---|---|---|---|
| 时间复杂度 | (O(n)) | (O(n)) | (O(n)) | (O(n)) | (O(n)) |
| 空间复杂度 | (O(1)) | (O(1)) | (O(1)) | (O(1)) | (O(1)) |
| 优势 | 明确状态转换，结构清晰 | 快速匹配，代码简洁 | 直观易理解，适用于多条件 | 状态清晰，逻辑简单 | 灵活处理复杂格式，模块化验证 |
| 劣势 | 状态表较复杂，需要细心设计 | 正则表达式复杂难以维护 | 条件多，代码冗长 | 多条件判断，容易出错 | 分割处理复杂，容易遗漏情况 |
应用示例
数据验证系统：
在数据导入和处理系统中，有效数字的验证是常见需求，特别是在处理来自不同来源的大量数据时。通过这些算法，系统能够确保数据的格式正确性，避免在后续的数据分析和计算中出现错误。这些方法可以应用于数据库数据清洗、科学计算输入验证等场景，提高系统的鲁棒性和数据处理的准确性。
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