笔试面试题目:1000的阶乘问题

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      大数阶乘问题,是很常见的,来看一下T公司的面试题目:

      问题一:

      1000的阶乘末尾有多少个0?

      问题二:

      1000的阶乘有多少位数?

      问题三:

      1000的阶乘的值是多少?

1000的阶乘末尾有多少个0?

     直接递归计算吗?有点天真了。1000的阶乘,是一个非常大的数字,得想其它办法了。注意:要求的是1000的阶乘末尾的0的个数,而不是求1000的阶乘。     

     很显然,从分解质因数的过程来看,结尾的0必然是2和5的乘积,而且在阶乘中,5是稀缺值,而2是富余值,所以,只需要知道质因数中5的个数就行了。我们以26的阶乘为例:

26!
= 1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * 7 * 8 * 9 * 10 * 11 * ... * 25 * 26
= 1 * 2 * 3 * 2*2 * 5 * 2*3 * 7 * 2*2*2 * 9 * 2*5 * 11 * ...3*5 * ... * 4*5 * ... * 5*5 * 2*13

     可见:其中有6个5,有充足的2,所以只需要看5的个数。易知,26的阶乘的末尾有6个0. 用阶乘计算器来看下,果然如此:

     

     我们来讨论更一般的情况:

     设f(x)是x中因数5的个数, [x]为x向下取整的值,则有:

f(n!)
= f(1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * ... * n)
= f(1 * 2 * 3 * 4 * 5 * 6 * ... * ([n/5]*5))
= f(5 * 10 * ... * ([n/5]*5))
= f(5*1 * 5*2 * ... * ([n/5]*5))
= f(5^[n/5] * 1 * 2 * ... * [n/5])
= [n/5] + f(1 * 2 * ... * [n/5])
= [n/5] + [n/25] + f(1 * 2 * ... * [n/25])
= [n/5] + [n/25] + [n/125] + f(1 * 2 * ... * [n/125])
= [n/5] + [n/25] + [n/125] + [n/625] + ... + 0

      所以:

f(1000!) 
= [1000/5] + [1000/25] + [1000/125] + [1000/625] + [1000/3125]
= 200 + 40 + 8 + 1 + 0
= 249

       至于程序,给个递归版本吧:

package main

import (
    "fmt"
)

func getNum(i int) int {
    if i < 5 {
        return 0
    }
    
    return i/5 + getNum(i/5)
}

func main() {
    fmt.Println(getNum(1000))
}

      结果:249.  可见,1000的阶乘末尾有249个0.

1000的阶乘有多少位数?

      直接递归计算吗?有点天真了。我们来看下如下规律:

lg99 = 1.a
lg100 = 2
lg101 = 2.b

lg999 = 2.c
lg1000 = 3
lg1001 = 3.d

      设f(x)为x的数位个数,[x]为x向下取整的值,则有:

f(x)
= [lg(x)] + 1

f(n!)
= f(1 * 2 * 3 * ... * n)
= [lg(1 * 2 * 3 * ... * n)] + 1
= [lg1 + lg2 + lg3 + ... + lg(n)] + 1

       至于程序,那就很简单了:

package main

import (
    "fmt"
    "math"
)

func main() {
    f := float64(0)
    for i := 1; i <= 1000; i++ {
       f = f + math.Log10(float64(i))
    }
    
    n := int(f) + 1
    fmt.Println(n)
}

      结果:2568.  可见,1000的阶乘有2568位。

1000的阶乘的值是多少?

     直接递归计算吗?有点天真了。 还是用字符串来做吧:

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdio>
using namespace std;
 
int multi(char a, char b)
{
  return (a - '0') * (b - '0');
}
 
void strMulti(char *a, char *b, char *c)
{
  int lenA = strlen(a);
  int lenB = strlen(b);
  int maxLen = lenA + lenB;
  int *p = new int[maxLen];
  memset(p, 0, maxLen * sizeof(int)); 
  
  int i = 0;
  int j = 0;
  for(j = lenB - 1; j >= 0; j--)
  {
    for(i = lenA - 1; i >= 0; i--)
    {
      p[j + i + 1] += multi(b[j], a[i]);
    }
  }
 
  // 处理进位操作
  for(i = maxLen - 1; i >= 1; i--)
  {
    p[i - 1] += p[i] / 10;
    p[i] = p[i] % 10;
  }
 
  int *s = p;
 
  // m位正整数和n位正整数相乘,结果的位数必然是(m+n-1)位或者(m+n)位
  if(0 == p[0])
  {
    p++;
  }
  
  int *pTmp = NULL;
  for(pTmp = p; pTmp < s + maxLen; pTmp++)
  {
    *c++ = *pTmp + '0';
  }
 
  *c = '\0';
  delete s;
}
 
void factorial(int n, char *str)
{
  int i = 0;
  *str = '1';
  *(str + 1) = '\0';
  char b[5000] = {0};
  for(i = 1; i <= n; i++)
  {
    snprintf(b, sizeof(b), "%d", i);
    strMulti(str, b, str);
  }
}
 
int main()
{
  char str[5000] = {0};
  factorial(1000, str); 
  cout << str << endl << endl;
  return 0;
}

      结果是:

     可以看到,1000的阶乘有2568位,且最后有249个0.

     关于1000的阶乘,就说到这里了。遇到问题,要灵活应变,从具体到抽象,抓住本质。

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