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C++如何判断一个正整数是否为快乐数(Happy Number)判定法

阿婷小哥_1660

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发布时间:2026-06-27 15:05:06

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来源于php中文网

原创

快乐数是指一个正整数通过反复计算各位数字平方和最终得到1;若进入循环而无法到达1则不是快乐数。关键在于过程必落入有限范围(≤243),故可用哈希集检测重复值判环,或用快慢指针法以O(1)空间检测环。

c++如何判断一个正整数是否为快乐数(happy number)判定法

什么是快乐数,以及为什么不能只算一次平方和

一个正整数是快乐数,当且仅当它通过反复将各位数字的平方和替换自身,最终结果变为 1;如果进入循环却始终不出现 1,就不是快乐数。关键点在于:**过程可能无限循环,但不会发散到无穷大**——因为对于任意 ≤ 999 的数,其各位平方和最大为 9²×3 = 243,更大的数也会快速掉进这个范围。所以只要检测是否重复出现某个中间值,就能判断是否死循环。

用 unordered_set 检测循环是最直接的做法

每次计算新值后存入 std::unordered_set<int></int>,若发现已存在,说明进入环,返回 false;若遇到 1,返回 true。这是最贴近定义、不易出错的实现方式。

常见错误包括:
– 忘记清空或复用 set 导致多组调用出错
– 把 1 判定放在循环末尾,导致首次输入就是 1 时跳过判断
– 用 vector 或线性查找代替哈希表,徒增 O(n) 开销

  • 每次迭代前先检查当前值是否为 1,是则立即返回 true
  • 计算平方和时用 n % 10 和 n / 10 安全取位,避免字符串转换开销
  • set 生命周期应限于单次判定函数内,不要静态或全局复用
bool isHappy(int n) {
    std::unordered_set<int> seen;
    while (n != 1 && seen.find(n) == seen.end()) {
        seen.insert(n);
        int next = 0;
        while (n) {
            next += (n % 10) * (n % 10);
            n /= 10;
        }
        n = next;
    }
    return n == 1;
}

快慢指针法(Floyd Cycle Detection)适合内存受限场景

既然所有轨迹最终必成环或抵达 1,就可以把过程看作链表找环问题:用两个变量,slow 走一步、fast 走两步(即算两次平方和)。若二者相遇且不等于 1,说明有环;若某次 slow == 1 或 fast == 1,就是快乐数。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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优势是 O(1) 空间;缺点是逻辑稍绕,容易写错步数顺序。尤其注意:
– 必须先更新 slow,再更新 fast 两次,否则初值相同会立刻退出
– fast 更新时要防 1 提前终止:若第一次更新后已是 1,第二次就不该再算

  • 初始化 slow = n, fast = getNext(getNext(n)) 更稳妥
  • 循环条件用 slow != fast,而非 fast != 1 && slow != 1,否则漏判
  • 退出循环后,只需检查 slow == 1 即可,不用再管 fast

get_next() 函数必须独立封装并正确处理个位数

无论用哪种主逻辑,提取各位平方和的辅助函数 getNext 都要健壮。典型坑点:
– 输入为 0 时返回 0(虽然题目限定正整数,但中间值可能出现 0)
– 用 while (n > 0) 而非 while (n),避免负数干扰(虽本题无负数,但习惯要好)
– 不要用 std::to_string,字符串构造+遍历比纯数值运算慢 3–5 倍

这个函数看似简单,但线上题库中因它写错导致 WA 的比例很高,尤其是忘记对 0 特判或循环条件松动。

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