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738.单调递增的数字

力扣题目链接

给定一个非负整数 N，找出小于或等于 N 的最大的整数，同时这个整数需要满足其各个位数上的数字是单调递增。

（当且仅当每个相邻位数上的数字 x 和 y 满足 x <= y 时，我们称这个整数是单调递增的。）

示例 1:

输入: N = 10
输出: 9

示例 2:

输入: N = 1234
输出: 1234

示例 3:

输入: N = 332
输出: 299

说明: N 是在 [0, 10^9] 范围内的一个整数。

视频讲解

《代码随想录》算法视频公开课：贪心算法，思路不难想，但代码不好写！LeetCode:738.单调自增的数字，相信结合视频在看本篇题解，更有助于大家对本题的理解。

暴力解法

题意很简单，那么首先想的就是暴力解法了，来我替大家暴力一波，结果自然是超时！

代码如下：

class Solution {
private:
    // 判断一个数字的各位上是否是递增
    bool checkNum(int num) {
        int max = 10;
        while (num) {
            int t = num % 10;
            if (max >= t) max = t;
            else return false;
            num = num / 10;
        }
        return true;
    }
public:
    int monotoneIncreasingDigits(int N) {
        for (int i = N; i > 0; i--) { // 从大到小遍历
            if (checkNum(i)) return i;
        }
        return 0;
    }
};

时间复杂度：O(n × m) m为n的数字长度
空间复杂度：O(1)

贪心算法

题目要求小于等于N的最大单调递增的整数，那么拿一个两位的数字来举例。

例如：98，一旦出现strNum[i - 1] > strNum[i]的情况（非单调递增），首先想让strNum[i - 1]--，然后strNum[i]给为9，这样这个整数就是89，即小于98的最大的单调递增整数。

这一点如果想清楚了，这道题就好办了。

此时是从前向后遍历还是从后向前遍历呢？

从前向后遍历的话，遇到strNum[i - 1] > strNum[i]的情况，让strNum[i - 1]减一，但此时如果strNum[i - 1]减一了，可能又小于strNum[i - 2]。

这么说有点抽象，举个例子，数字：332，从前向后遍历的话，那么就把变成了329，此时2又小于了第一位的3了，真正的结果应该是299。

那么从后向前遍历，就可以重复利用上次比较得出的结果了，从后向前遍历332的数值变化为：332 -> 329 -> 299

确定了遍历顺序之后，那么此时局部最优就可以推出全局，找不出反例，试试贪心。

C++代码如下：

class Solution {
public:
    int monotoneIncreasingDigits(int N) {
        string strNum = to_string(N);
        // flag用来标记赋值9从哪里开始
        // 设置为这个默认值，为了防止第二个for循环在flag没有被赋值的情况下执行
        int flag = strNum.size();
        for (int i = strNum.size() - 1; i > 0; i--) {
            if (strNum[i - 1] > strNum[i] ) {
                flag = i;
                strNum[i - 1]--;
            }
        }
        for (int i = flag; i < strNum.size(); i++) {
            strNum[i] = '9';
        }
        return stoi(strNum);
    }
};

时间复杂度：O(n)，n 为数字长度
空间复杂度：O(n)，需要一个字符串，转化为字符串操作更方便

总结

本题只要想清楚个例，例如98，一旦出现strNum[i - 1] > strNum[i]的情况（非单调递增），首先想让strNum[i - 1]减一，strNum[i]赋值9，这样这个整数就是89。就可以很自然想到对应的贪心解法了。

想到了贪心，还要考虑遍历顺序，只有从后向前遍历才能重复利用上次比较的结果。

最后代码实现的时候，也需要一些技巧，例如用一个flag来标记从哪里开始赋值9。

其他语言版本

Java：

版本1
class Solution {
    public int monotoneIncreasingDigits(int N) {
        String[] strings = (N + "").split("");
        int start = strings.length;
        for (int i = strings.length - 1; i > 0; i--) {
            if (Integer.parseInt(strings[i]) < Integer.parseInt(strings[i - 1])) {
                strings[i - 1] = (Integer.parseInt(strings[i - 1]) - 1) + "";
                start = i;
            }
        }
        for (int i = start; i < strings.length; i++) {
            strings[i] = "9";
        }
        return Integer.parseInt(String.join("",strings));
    }
}

java版本1中创建了String数组，多次使用Integer.parseInt了方法，这导致不管是耗时还是空间占用都非常高，用时12ms，下面提供一个版本在char数组上原地修改，用时1ms的版本

版本2
class Solution {
    public int monotoneIncreasingDigits(int n) {
        String s = String.valueOf(n);
        char[] chars = s.toCharArray();
        int start = s.length();
        for (int i = s.length() - 2; i >= 0; i--) {
            if (chars[i] > chars[i + 1]) {
                chars[i]--;
                start = i+1;
            }
        }
        for (int i = start; i < s.length(); i++) {
            chars[i] = '9';
        }
        return Integer.parseInt(String.valueOf(chars));
    }
}

Python：

暴力

class Solution:
    def checkNum(self, num):
        max_digit = 10
        while num:
            digit = num % 10
            if max_digit >= digit:
                max_digit = digit
            else:
                return False
            num //= 10
        return True

    def monotoneIncreasingDigits(self, N):
        for i in range(N, 0, -1):
            if self.checkNum(i):
                return i
        return 0

贪心（版本一）

class Solution:
    def monotoneIncreasingDigits(self, N: int) -> int:
        # 将整数转换为字符串
        strNum = str(N)
        # flag用来标记赋值9从哪里开始
        # 设置为字符串长度，为了防止第二个for循环在flag没有被赋值的情况下执行
        flag = len(strNum)
        
        # 从右往左遍历字符串
        for i in range(len(strNum) - 1, 0, -1):
            # 如果当前字符比前一个字符小，说明需要修改前一个字符
            if strNum[i - 1] > strNum[i]:
                flag = i  # 更新flag的值，记录需要修改的位置
                # 将前一个字符减1，以保证递增性质
                strNum = strNum[:i - 1] + str(int(strNum[i - 1]) - 1) + strNum[i:]
        
        # 将flag位置及之后的字符都修改为9，以保证最大的递增数字
        for i in range(flag, len(strNum)):
            strNum = strNum[:i] + '9' + strNum[i + 1:]
        
        # 将最终的字符串转换回整数并返回
        return int(strNum)

贪心（版本二）

class Solution:
    def monotoneIncreasingDigits(self, N: int) -> int:
        # 将整数转换为字符串
        strNum = list(str(N))

        # 从右往左遍历字符串
        for i in range(len(strNum) - 1, 0, -1):
            # 如果当前字符比前一个字符小，说明需要修改前一个字符
            if strNum[i - 1] > strNum[i]:
                strNum[i - 1] = str(int(strNum[i - 1]) - 1)  # 将前一个字符减1
                # 将修改位置后面的字符都设置为9，因为修改前一个字符可能破坏了递增性质
                for j in range(i, len(strNum)):
                    strNum[j] = '9'

        # 将列表转换为字符串，并将字符串转换为整数并返回
        return int(''.join(strNum))

贪心（版本三）

class Solution:
    def monotoneIncreasingDigits(self, N: int) -> int:
        # 将整数转换为字符串
        strNum = list(str(N))

        # 从右往左遍历字符串
        for i in range(len(strNum) - 1, 0, -1):
            # 如果当前字符比前一个字符小，说明需要修改前一个字符
            if strNum[i - 1] > strNum[i]:
                strNum[i - 1] = str(int(strNum[i - 1]) - 1)  # 将前一个字符减1
                # 将修改位置后面的字符都设置为9，因为修改前一个字符可能破坏了递增性质
                strNum[i:] = '9' * (len(strNum) - i)

        # 将列表转换为字符串，并将字符串转换为整数并返回
        return int(''.join(strNum))

贪心（版本四）精简

class Solution:
    def monotoneIncreasingDigits(self, N: int) -> int:
        strNum = str(N)        
        for i in range(len(strNum) - 1, 0, -1):
            # 如果当前字符比前一个字符小，说明需要修改前一个字符
            if strNum[i - 1] > strNum[i]:
                # 将前一个字符减1，以保证递增性质
                # 使用字符串切片操作将修改后的前面部分与后面部分进行拼接
                strNum = strNum[:i - 1] + str(int(strNum[i - 1]) - 1) + '9' * (len(strNum) - i)       
        return int(strNum)

Go

func monotoneIncreasingDigits(N int) int {
    s := strconv.Itoa(N)//将数字转为字符串，方便使用下标
    ss := []byte(s)//将字符串转为byte数组，方便更改。
    n := len(ss)
    if n <= 1 {
        return N
    }
    for i := n-1; i > 0; i-- {
        if ss[i-1] > ss[i] {   //前一个大于后一位,前一位减1，后面的全部置为9
            ss[i-1] -= 1
            for j := i; j < n; j++ {   //后面的全部置为9
                ss[j] = '9'
            }
        } 
    }
    res, _ := strconv.Atoi(string(ss))
    return res 
}

Javascript

var monotoneIncreasingDigits = function(n) {
    n = n.toString()
    n = n.split('').map(item => {
        return +item
    })
    let flag = Infinity
    for(let i = n.length - 1; i > 0; i--) {
        if(n [i - 1] > n[i]) {
            flag = i
            n[i - 1] = n[i - 1] - 1
            n[i] = 9
        }
    }

    for(let i = flag; i < n.length; i++) {
        n[i] = 9
    }

    n = n.join('')
    return +n
};

TypeScript

function monotoneIncreasingDigits(n: number): number {
    let strArr: number[] = String(n).split('').map(i => parseInt(i));
    const length = strArr.length;
    let flag: number = length;
    for (let i = length - 2; i >= 0; i--) {
        if (strArr[i] > strArr[i + 1]) {
            strArr[i] -= 1;
            flag = i + 1;
        }
    }
    for (let i = flag; i < length; i++) {
        strArr[i] = 9;
    }
    return parseInt(strArr.join(''));
};

Scala

直接转换为了整数数组:

object Solution {
  import scala.collection.mutable
  def monotoneIncreasingDigits(n: Int): Int = {
    var digits = mutable.ArrayBuffer[Int]()
    // 提取每位数字
    var temp = n // 因为 参数n 是不可变量所以需要赋值给一个可变量
    while (temp != 0) {
      digits.append(temp % 10)
      temp = temp / 10
    }
    // 贪心
    var flag = -1 
    for (i <- 0 until (digits.length - 1) if digits(i) < digits(i + 1)) {
      flag = i
      digits(i + 1) -= 1
    }
    for (i <- 0 to flag) digits(i) = 9

    // 拼接
    var res = 0
    for (i <- 0 until digits.length) {
      res += digits(i) * math.pow(10, i).toInt
    }
    res
  }
}

Rust

impl Solution {
    pub fn monotone_increasing_digits(n: i32) -> i32 {
        let mut n_bytes = n.to_string().into_bytes();
        let mut flag = n_bytes.len();
        for i in (1..n_bytes.len()).rev() {
            if n_bytes[i - 1] > n_bytes[i] {
                flag = i;
                n_bytes[i - 1] -= 1;
            }
        }
        for v in n_bytes.iter_mut().skip(flag) {
            *v = 57;
        }
        n_bytes
            .into_iter()
            .fold(0, |acc, x| acc * 10 + x as i32 - 48)
    }
}

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