丑数

不羁的心 提交于 2019-11-29 12:33:12

把只包含因子 2、3 和 5 的数称作丑数。例如 6、8 都是丑数,但 14 不是,因为它包含因子 7。习惯上我们把 1 当做是第一个丑数。求按从小到大的顺序的第 N 个丑数。

思路:

链接:https://www.nowcoder.com/questionTerminal/6aa9e04fc3794f68acf8778237ba065b?f=discussion
来源:牛客网
 

通俗易懂的解释:

首先从丑数的定义我们知道,一个丑数的因子只有2,3,5,那么丑数p = 2 ^ x * 3 ^ y * 5 ^ z,换句话说一个丑数一定由另一个丑数乘以2或者乘以3或者乘以5得到,那么我们从1开始乘以2,3,5,就得到2,3,5三个丑数,在从这三个丑数出发乘以2,3,5就得到4,6,10,6,9,15,10,15,25九个丑数,我们发现这种方法会得到重复的丑数,而且我们题目要求第N个丑数,这样的方法得到的丑数也是无序的。那么我们可以维护三个队列:

(1)丑数数组: 1

乘以2的队列:2

乘以3的队列:3

乘以5的队列:5

选择三个队列头最小的数2加入丑数数组,同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列;

(2)丑数数组:1,2

乘以2的队列:4

乘以3的队列:3,6

乘以5的队列:5,10

选择三个队列头最小的数3加入丑数数组,同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列;

(3)丑数数组:1,2,3

乘以2的队列:4,6

乘以3的队列:6,9

乘以5的队列:5,10,15

选择三个队列头里最小的数4加入丑数数组,同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列;

(4)丑数数组:1,2,3,4

乘以2的队列:6,8

乘以3的队列:6,9,12

乘以5的队列:5,10,15,20

选择三个队列头里最小的数5加入丑数数组,同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列;

(5)丑数数组:1,2,3,4,5

乘以2的队列:6,8,10,

乘以3的队列:6,9,12,15

乘以5的队列:10,15,20,25

选择三个队列头里最小的数6加入丑数数组,但我们发现,有两个队列头都为6,所以我们弹出两个队列头,同时将12,18,30放入三个队列;

……………………

疑问:

1.为什么分三个队列?

丑数数组里的数一定是有序的,因为我们是从丑数数组里的数乘以2,3,5选出的最小数,一定比以前未乘以2,3,5大,同时对于三个队列内部,按先后顺序乘以2,3,5分别放入,所以同一个队列内部也是有序的;

2.为什么比较三个队列头部最小的数放入丑数数组?

因为三个队列是有序的,所以取出三个头中最小的,等同于找到了三个队列所有数中最小的。

实现思路:

我们没有必要维护三个队列,只需要记录三个指针显示到达哪一步;“|”表示指针,arr表示丑数数组;

(1)1

|2

|3

|5

目前指针指向0,0,0,队列头arr[0] * 2 = 2,  arr[0] * 3 = 3,  arr[0] * 5 = 5

(2)1 2

2 |4

|3 6

|5 10

目前指针指向1,0,0,队列头arr[1] * 2 = 4,  arr[0] * 3 = 3, arr[0] * 5 = 5

(3)1 2 3

2| 4 6

3 |6 9

|5 10 15

目前指针指向1,1,0,队列头arr[1] * 2 = 4,  arr[1] * 3 = 6, arr[0] * 5 = 5

………………

class Solution {
public:
    int GetUglyNumber_Solution(int index) {
        // 0-6的丑数分别为0-6
        if(index < 7) return index;
        //p2,p3,p5分别为三个队列的指针,newNum为从队列头选出来的最小数
        int p2 = 0, p3 = 0, p5 = 0, newNum = 1;
        vector<int> arr;
        arr.push_back(newNum);
        while(arr.size() < index) {
            //选出三个队列头最小的数
            newNum = min(arr[p2] * 2, min(arr[p3] * 3, arr[p5] * 5));
            //这三个if有可能进入一个或者多个,进入多个是三个队列头最小的数有多个的情况
            if(arr[p2] * 2 == newNum) p2++;
            if(arr[p3] * 3 == newNum) p3++;
            if(arr[p5] * 5 == newNum) p5++;
            arr.push_back(newNum);
        }
        return newNum;
    }
};

第二种方法:


/*
说下思路,如果p是丑数,那么p=2^x * 3^y * 5^z
那么只要赋予x,y,z不同的值就能得到不同的丑数。
如果要顺序找出丑数,要知道下面几个特(fei)点(hua)。
对于任何丑数p:
(一)那么2*p,3*p,5*p都是丑数,并且2*p<3*p<5*p
(二)如果p<q, 那么2*p<2*q,3*p<3*q,5*p<5*q
现在说说算法思想:
    由于1是最小的丑数,那么从1开始,把2*1,3*1,5*1,进行比较,得出最小的就是1
的下一个丑数,也就是2*1,
    这个时候,多了一个丑数‘2’,也就又多了3个可以比较的丑数,2*2,3*2,5*2,
这个时候就把之前‘1’生成的丑数和‘2’生成的丑数加进来也就是
(3*1,5*1,2*2,3*2,5*2)进行比较,找出最小的。。。。如此循环下去就会发现,
每次选进来一个丑数,该丑数又会生成3个新的丑数进行比较。
    上面的暴力方法也应该能解决,但是如果在面试官用这种方法,估计面试官只会摇头吧
。下面说一个O(n)的算法。
    在上面的特(fei)点(hua)中,既然有p<q, 那么2*p<2*q,那么
“我”在前面比你小的数都没被选上,你后面生成新的丑数一定比“我”大吧,那么你乘2
生成的丑数一定比我乘2的大吧,那么在我选上之后你才有机会选上。
其实每次我们只用比较3个数:用于乘2的最小的数、用于乘3的最小的数,用于乘5的最小的
数。也就是比较(2*x , 3*y, 5*z) ,x>=y>=z的,
重点说说下面代码中p的作用:int p[] = new int[] { 0, 0, 0 }; p[0]表示最小用于
乘2比较数在数组a中的【位置】。 */
public class Solution {
    final int d[] = { 2, 3, 5 };
    public int GetUglyNumber_Solution(int index) {
        if(index == 0) return 0;
        int a[] = new int[index];
        a[0] = 1;
        int p[] = new int[] { 0, 0, 0 };
        int num[] = new int[] { 2, 3, 5 };
        int cur = 1;
 
        while (cur < index) {
            int m = finMin(num[0], num[1], num[2]);
            if (a[cur - 1] < num[m])
                a[cur++] = num[m];
            p[m] += 1;
            num[m] = a[p[m]] * d[m];
        }
        return a[index - 1];
    }
 
    private int finMin(int num2, int num3, int num5) {
        int min = Math.min(num2, Math.min(num3, num5));
        return min == num2 ? 0 : min == num3 ? 1 : 2;
    }
}

 

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