回溯
一共有 4 个数和 3 个运算操作,因此可能性非常有限。一共有多少种可能性呢?
首先从 4 个数字中有序地选出 2 个数字,共有 4×3=12 种选法,并选择加、减、乘、除 4 种运算操作之一,用得到的结果取代选出的 2 个数字,剩下 3 个数字。
然后在剩下的 3 个数字中有序地选出 2 个数字,共有 3×2=6 种选法,并选择 4 种运算操作之一,用得到的结果取代选出的 2 个数字,剩下 2 个数字。
最后剩下 2 个数字,有 2 种不同的顺序,并选择 4 种运算操作之一。
因此,一共有 12×4×6×4×2×4=9216 种不同的可能性。
可以通过回溯的方法遍历所有不同的可能性。具体做法是,使用一个列表存储目前的全部数字,每次从列表中选出 2 个数字,再选择一种运算操作,用计算得到的结果取代选出的 2 个数字,这样列表中的数字就减少了 1 个。重复上述步骤,直到列表中只剩下 1 个数字,这个数字就是一种可能性的结果,如果结果等于 24,则说明可以通过运算得到 24 。如果所有的可能性的结果都不等于 24,则说明无法通过运算得到 24 。
实现时,有一些细节需要注意。
除法运算为实数除法,因此结果为浮点数,列表中存储的数字也都是浮点数。在判断结果是否等于 24 时应考虑精度误差,这道题中,误差小于 10^{-6}可以认为是相等。
进行除法运算时,除数不能为 0,如果遇到除数为 0 的情况,则这种可能性可以直接排除。由于列表中存储的数字是浮点数,因此判断除数是否为 0 时应考虑精度误差,这道题中,当一个数字的绝对值小于 10^{-6}时,可以认为该数字等于 0 。
还有一个可以优化的点。
加法和乘法都满足交换律,因此如果选择的运算操作是加法或乘法,则对于选出的 2 个数字不需要考虑不同的顺序,在遇到第二种顺序时可以不进行运算,直接跳过。
解题思路
1.判断 4 个数字是否能得到 24 是比较复杂的,但是两个数字通过四则运算是否能得到 24 就相当容易了,因此解决此问题的关键在于怎样把 4 个数字变成 3 个数字,再变成两个数字。
2.4->3:从 4 个数字中任取两个(6 种可能)进行四则运算,得到五个值分别与剩下的两个数字组合,得到三个数;
3.3->2:从 3 个数字中任取两个( 3 种可能)进行四则运算,得到的五个值分别与剩下的一个数字组合,得到两个数;
4.2->结果:将两个数字进行四则运算,若可以得到 24,返回 true 。