Solve 2_add_two_numbers_medium

2_add_two_numbers_medium/README.md

@@ -0,0 +1,43 @@
+# 問題へのリンク
+[Add Two Numbers - LeetCode](https://leetcode.com/problems/add-two-numbers/description/)
+
+# 言語
+Python
+
+# 問題の概要
+与えられた2つの非負整数を逆順で表現した連結リストとして受け取り、それらの合計を同様に連結リストで返す問題。
+
+# 自分の解法
+再帰関数を用いた解法。
+
+
+連結リストl1, l2の長さをそれぞれ`m`, `n`とすると
+- 時間計算量：`O(max(m,n))`
+- 空間計算量：`O(max(m,n))`(再帰のスタック領域を含む)
+
+## step2
+再帰的な実装から反復的な実装に変えた。また、変数名もより明確なものに変更した。
+
+- アルゴリズムの変更：再帰から反復へ
+    - step1は再帰関数を用いた実装であったが、step2はwhileループを用いた反復処理の実装である。これにより、非常に長い連結リストを扱う際のスタックオーバーフローのリスクが解消された。
+- ダミーヘッドノードの導入
+    - step2では、連結リストを構築する際の一般的なテクニックである`dummy_head`ノードが導入された。これにより、リストの先頭ノードに関する特別な処理が不要になり、コードが単純化されている。
+- `None`ノードの処理方法の改善
+    - step1では、入力リストのノードが`None`の場合に新しい`ListNode`を生成していた。step2では、`l1.val if l1 else 0`という三項演算子を用いることで、この処理をより効率的かつ簡潔に記述している。
+- ループ条件の単純化
+    - step1の複雑な再帰終了条件は、step2では`while l1 or l2 or carry_of_digits:`という単一の明快なループ条件に集約された。これは、処理を継続すべき全てのケースを網羅している。
+
+
+# 別解・模範解答
+再帰関数ではなく、ループを用いてノードを1つずつ処理する解法。
+最後に返すノードは連結リストの先頭ノードなので、ダミーノードを用意しておき、そこから結果の連結リストを構築する。その後、ダミーノードの次のノード（`dummy_head.next`）を返す。
+ループの最中には、今自分がどのノードを処理しているかをきちんと把握しておく。コードの中でもそれが明示できるように心がける。今回ならば、while文の中で足し合わせたノードは`node.next`に保存する。
+
+連結リストl1, l2の長さをそれぞれ`m`, `n`とすると
+
+- 時間計算量：`O(max(m,n))`
+- 空間計算量：`O(1)`
+
+# 次に解く問題の予告
+
+- [ ] [Evaluate Division - LeetCode](https://leetcode.com/problems/evaluate-division/description/)

2_add_two_numbers_medium/step1.py

@@ -0,0 +1,51 @@
+#
+# @lc app=leetcode id=2 lang=python3
+#
+# [2] Add Two Numbers
+#
+
+
+# @lc code=start
+# Definition for singly-linked list.
+# class ListNode:
+#     def __init__(self, val=0, next=None):
+#         self.val = val
+#         self.next = next
+
+
+from typing import Optional
+
+# we consider addition in base 10
+BASE_NUMBER = 10
+
+
+class Solution:
+    def addTwoNumbers(
+        self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]
+    ) -> Optional[ListNode]:
+
+        def add_two_list_nodes(
+            l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode], carry_of_digits: int
+        ) -> Optional[ListNode]:
+            if not l1 and not l2 and carry_of_digits == 0:
+                return None
+            elif not l1 and not l2:
+                l1 = ListNode()
+                l2 = ListNode()
+            elif not l1:
+                l1 = ListNode()
+            elif not l2:
+                l2 = ListNode()
+
+            added_list_node: ListNode = ListNode()
+            carry_of_digits, digit_sum = divmod(
+                l1.val + l2.val + carry_of_digits, BASE_NUMBER
+            )
+            added_list_node.val = digit_sum
+            added_list_node.next = add_two_list_nodes(l1.next, l2.next, carry_of_digits)
+            return added_list_node
+
+        return add_two_list_nodes(l1, l2, 0)
+
+
+# @lc code=end

2_add_two_numbers_medium/step2.py

@@ -0,0 +1,53 @@
+#
+# @lc app=leetcode id=2 lang=python3
+#
+# [2] Add Two Numbers
+#
+
+
+# @lc code=start
+# Definition for singly-linked list.
+# class ListNode:
+#     def __init__(self, val=0, next=None):
+#         self.val = val
+#         self.next = next
+
+
+from typing import Optional
+
+# we consider addition in base 10
+BASE_NUMBER = 10
+
+
+class Solution:
+    def addTwoNumbers(
+        self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]
+    ) -> Optional[ListNode]:
+        """
+        addTwoNumbers iteratively creates nodes and set added value to each of them.
+        Created linked list look like this; dummy_head -> node0 -> node1 ->... -> last_node
+        return value is dummy_head.next (=node0)
+        """
+        # save dummy head for returning head node
+        dummy_head: ListNode = ListNode()
+
+        # initialize first node and carry of digits
+        node = dummy_head
+        carry_of_digits = 0
+        while l1 or l2 or carry_of_digits:
+            # add two values and carry_of_digits
+            digit1 = l1.val if l1 else 0
+            digit2 = l2.val if l2 else 0
+            total = digit1 + digit2 + carry_of_digits
+            carry_of_digits, digit = divmod(total, BASE_NUMBER)
+            node.next = ListNode(digit)
+
+            # move to next node
+            node = node.next
+            l1 = l1.next if l1 else None
+            l2 = l2.next if l2 else None
+
+        return dummy_head.next
+
+
+# @lc code=end

2_add_two_numbers_medium/step2_recursive.py

@@ -0,0 +1,50 @@
+#
+# @lc app=leetcode id=2 lang=python3
+#
+# [2] Add Two Numbers
+#
+
+
+# @lc code=start
+# Definition for singly-linked list.
+# class ListNode:
+#     def __init__(self, val=0, next=None):
+#         self.val = val
+#         self.next = next
+
+
+from typing import Optional
+
+# we consider addition in base 10
+BASE_NUMBER = 10
+
+
+class Solution:
+    def addTwoNumbers(
+        self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]
+    ) -> Optional[ListNode]:
+
+        def add_nodes_recursive(
+            l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode], carry_of_digits: int
+        ) -> Optional[ListNode]:
+            if not l1 and not l2 and carry_of_digits == 0:
+                return None
+            if not l1:
+                l1 = ListNode()
+            if not l2:
+                l2 = ListNode()
+
+            added_list_node: ListNode = ListNode()
+            carry_of_digits, digit_sum = divmod(
+                l1.val + l2.val + carry_of_digits, BASE_NUMBER
+            )
+            added_list_node.val = digit_sum
+            added_list_node.next = add_nodes_recursive(
+                l1.next, l2.next, carry_of_digits
+            )
+            return added_list_node
+
+        return add_nodes_recursive(l1, l2, 0)
+
+
+# @lc code=end

2_add_two_numbers_medium/step3.py

@@ -0,0 +1,49 @@
+#
+# @lc app=leetcode id=2 lang=python3
+#
+# [2] Add Two Numbers
+#
+
+
+# @lc code=start
+# Definition for singly-linked list.
+# class ListNode:
+#     def __init__(self, val=0, next=None):
+#         self.val = val
+#         self.next = next
+
+
+from typing import Optional
+
+BASE_NUMBER = 10
+
+
+class Solution:
+    def addTwoNumbers(
+        self, l1: Optional[ListNode], l2: Optional[ListNode]
+    ) -> Optional[ListNode]:
+        # to save head node, we preapare head_dummy
+        head_dummy = ListNode()
+
+        node: ListNode = head_dummy
+        carry_of_digits = 0
+
+        # visit each node iteratively and create added digit one by one
+        # break the loop if two nodes l1 and l2 are None and no carry of digits
+        while l1 or l2 or carry_of_digits:
+            # add two nodes
+            digit1 = l1.val if l1 else 0
+            digit2 = l2.val if l2 else 0
+            total = digit1 + digit2 + carry_of_digits
+            carry_of_digits, digit = divmod(total, BASE_NUMBER)
+            node.next = ListNode(digit)
+
+            # move to next node
+            node = node.next
+            l1 = l1.next if l1 else None
+            l2 = l2.next if l2 else None
+
+        return head_dummy.next
+
+
+# @lc code=end