118. 杨辉三角#

还记得高中数学课本上那个优雅的三角形吗？每个数都是上面两个数的和，像金字塔一样层层堆叠。今天我们聊聊 LeetCode 118 题，看看这个数学界的明星在编程世界里是如何绽放光彩的。

📐 重温杨辉三角#

在开始编码之前，让我们先回顾一下杨辉三角的特点：

plaintext

这个看似简单的数字结构隐藏着丰富的数学内涵。每个数都是它肩上两个数的和，就像父母基因的传承。数学家们会告诉你，这里面藏着二项式系数的秘密，但今天我们关注的是如何优雅地构建它。

问题描述#

题目目标#

给定一个非负整数 numRows ，生成「杨辉三角」的前 numRows 行。

示例 1#

输入： numRows = 5 输出： [[1],[1,1],[1,2,1],[1,3,3,1],[1,4,6,4,1]] 说明： 把输入和输出放在一起看，会更容易直接抓住题目要求的变化。

💡 从数学规律到代码实现#

仔细观察杨辉三角，我们能发现一些有趣的特点：

每一行的第一个和最后一个数字都是1
对于非边缘位置的数字：当前数 = 上一行的左肩数 + 右肩数
第n行有n个数字

这些规律为我们的代码实现提供了清晰的思路。让我们看看如何将这种数学美转化为代码：

class Solution {
    public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
        // triangle 用于存放最终结果：每个元素都是杨辉三角的一行
        List<List<Integer>> triangle = new ArrayList<>();

        // 边界情况：当行数为 0 时，直接返回空结果
        if (numRows == 0) return triangle;

        // 初始化第一行：杨辉三角第 1 行固定为 [1]
        triangle.add(Arrays.asList(1));

        // 从第 2 行开始逐行构建（rowNum 从 1 开始，对应第 rowNum+1 行）
        for (int rowNum = 1; rowNum < numRows; rowNum++) {
            // row 表示当前正在构建的这一行
            List<Integer> row = new ArrayList<>();
            // prevRow 表示上一行，当前行的中间元素依赖它
            List<Integer> prevRow = triangle.get(rowNum - 1);

            // 每行的第一个元素固定为 1
            row.add(1);

            // 计算当前行中间位置（非首尾）的元素
            for (int j = 1; j < rowNum; j++) {
                // 状态规律：当前元素 = 上一行左上角元素 + 上一行右上角元素
                row.add(prevRow.get(j-1) + prevRow.get(j));
            }

            // 每行的最后一个元素同样固定为 1
            row.add(1);

            // 当前行构建完成，加入结果集
            triangle.add(row);
        }

        // 返回前 numRows 行的完整杨辉三角
        return triangle;
    }
}

java

这段代码像搭积木一样，一层层构建出杨辉三角。每一步都遵循着数学规律，将抽象的数学概念转化为具体的计算过程。

🔍 代码中的数学之美#

让我们深入理解代码的每个部分：

第一层循环表示我们正在构建第几行，从1开始（因为第0行已经初始化为[1]）。这就像是在垒金字塔，一层层往上加。

第二层循环处理每一行中间的数字。这里用到了杨辉三角最核心的性质：每个数字都是上一行相邻两个数字的和。这种”遗传关系”在代码中表现为简单的加法运算。

特别要注意的是边界处理：每行的开始和结束都是1，这个规律永远不变。这让我们的代码既要处理通用情况，又要考虑特殊位置。

🎯 时间与空间的权衡#

时间复杂度是O(n²)，其中n是行数。这是不可避免的，因为要生成的数字总数就是n(n+1)/2。

空间复杂度也是O(n²)，因为我们需要存储所有生成的数字。有趣的是，如果我们只需要打印出来，而不需要存储整个三角形，其实可以优化到O(n)的空间复杂度。

💡 扩展思考：杨辉三角的应用#

杨辉三角不仅仅是一个数学趣题，它在实际编程中有着广泛的应用：

组合数的快速计算
概率统计中的二项分布
某些动态规划问题的解决思路

🤔 思考题#

想象一下，如果我们只需要获取杨辉三角的某一行，而不是整个三角形，如何优化我们的代码？提示：可以用组合数公式，也可以只维护一行的数据。

📝 面试技巧#

遇到这道题时，建议这样展示你的思路：

首先说明你理解杨辉三角的数学特性，然后解释如何将这些特性转化为代码逻辑。特别强调边界条件的处理，因为这体现了你考虑问题的严谨性。

如果面试官追问空间优化，可以讨论只存储上一行数据的方案。这展示了你对空间复杂度的深入理解。

记住，很多看似复杂的问题，当我们理解了其中的规律，代码实现反而会变得简单优雅。杨辉三角就是一个完美的例子，它展示了数学之美如何在编程世界中重现。

有人说编程是一门艺术，杨辉三角的实现恰恰印证了这一点。通过优雅的代码，我们不仅解决了问题，还重现了数学之美。