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面试题 05.02. 二进制数转字符串

English Version

题目描述

二进制数转字符串。给定一个介于0和1之间的实数（如0.72），类型为double，打印它的二进制表达式。如果该数字不在0和1之间，或者无法精确地用32位以内的二进制表示，则打印“ERROR”。

示例1:

 输入：0.625
 输出："0.101"

示例2:

 输入：0.1
 输出："ERROR"
 提示：0.1无法被二进制准确表示

提示：

1. 32位包括输出中的"0."这两位。

解法

方法一：十进制小数转二进制小数

十进制小数转二进制小数的方法是：小数部分乘以 $2$，取整数部分作为二进制小数的下一位，小数部分作为下一次乘法的被乘数，直到小数部分为 $0$ 或者二进制小数的长度超过 $32$ 位。

我们不妨举个例子，比如说我们要将 $0.8125$ 转换为二进制小数，过程如下：

$$ \begin{aligned} 0.8125 \times 2 &= 1.625 \quad \text{取整数部分} \quad 1 \\ 0.625 \times 2 &= 1.25 \quad \text{取整数部分} \quad 1 \\ 0.25 \times 2 &= 0.5 \quad \text{取整数部分} \quad 0 \\ 0.5 \times 2 &= 1 \quad \text{取整数部分} \quad 1 \\ \end{aligned} $$

所以十进制小数 $0.8125$ 的二进制小数表示为 $0.1101_{(2)}$。

对于本题，由于实数介于 $0$ 和 $1$ 之间，所以其整数部分一定是 $0$，我们只需要将小数部分，按照上述方法转换为二进制小数即可。当小数部分为 $0$ 或者二进制小数的长度不小于 $32$ 位时，停止转换。

最后，如果小数部分不为 $0$，说明该实数无法用 $32$ 位以内的二进制表示，返回字符串 "ERROR"，否则返回转换后的二进制小数。

时间复杂度 $O(C)$，空间复杂度 $O(C)$。其中 $C$ 为二进制小数的长度，最大为 $32$。

Python3

class Solution:
    def printBin(self, num: float) -> str:
        ans = '0.'
        while len(ans) < 32 and num:
            num *= 2
            x = int(num)
            ans += str(x)
            num -= x
        return 'ERROR' if num else ans

Java

class Solution {
    public String printBin(double num) {
        StringBuilder ans = new StringBuilder("0.");
        while (ans.length() < 32 && num != 0) {
            num *= 2;
            int x = (int) num;
            ans.append(x);
            num -= x;
        }
        return num != 0 ? "ERROR" : ans.toString();
    }
}

C++

class Solution {
public:
    string printBin(double num) {
        string ans = "0.";
        while (ans.size() < 32 && num != 0) {
            num *= 2;
            int x = (int) num;
            ans.push_back('0' + x);
            num -= x;
        }
        return num != 0 ? "ERROR" : ans;
    }
};

Go

func printBin(num float64) string {
	ans := &strings.Builder{}
	ans.WriteString("0.")
	for ans.Len() < 32 && num != 0 {
		num *= 2
		x := byte(num)
		ans.WriteByte('0' + x)
		num -= float64(x)
	}
	if num != 0 {
		return "ERROR"
	}
	return ans.String()
}

...