剑指Offer+第34题+丑数+java

题目:丑数
 * 我们把只包含因子2,3,5的数称为丑数(Ugly Number).
 * 求按从小到大的顺序的第1500个丑数。
 * 例如6,8都是丑数,但14不是,因为它含有因子7.习惯上我们把1当作第一个丑数

方法一:逐个判断每个整数是不是丑数的解法,直观但不够高效:

所谓一个数m是另一个数n的因子,是指n能被m整除,也就是说n%m==0.根据丑数的定义,丑数只能被2,3,5整除。也就是说如果一个数能被2整除,我们把它连续除以2;如果能被3整除,就连续除以3;如果能被5整除,就除以5.如果最后我们得到的是1,那么这个数就是丑数,否则不是。

接下来,我们只需要按照顺序判断每个整数是不是丑数,

我们只需要在函数getUglyNumber 中传入参数1500,就能得到第1500个丑数。该算法非常直观,代码也非常简介,但最大的问题是每个整数都需要计算。即使一个数字不是丑数,我们还是需要对它做求余和除法操作。因此该算法的时间效率不是很高,面试官也不会就此满足,还会提示我们有更高效的算法。


方法二:创建数组保存已经找到的丑数,用空间换时间的解法:

前面的算法之所以效率低,很大程度上是因为不管一个数是不是丑数我们对它都要作计算。接下来我们试着找到一种只要计算丑数的方法,而不在非丑数的整数上花费时间。根据丑数的定义,丑数应该是另一个丑数乘以2,3,5的结果。因此我们可以创建一个数组,里面的数字是排序好的丑数,每一个丑数都是前面的丑数乘以2,3,5得到的。

这种思路的关键在于怎样确定数组里面的丑数是排序好的。假设数组中已经有若干个丑数排好后存放在数组中,并且把已有的最大的丑数记作M,我们接下来分析如何生成下一个丑数。该丑数肯定是前面某个丑数乘以2,3,5的结果。所以我们首先考虑把已有的每个丑数乘以2.在乘以2的时候,能得到若干个小于或等于M的结果。由于是按照顺序生成的,小于或者等于M肯定已经在数组中了,我们不需要再次考虑;还会得到若干个大于M的结果,但我们只需要第一个大于M的结果,因为我们希望丑数是指按从小到大的顺序生成的,其他更大的结果以后再说。我们把得到的第一个乘以2后大于M的结果即为M2.同样,我们把已有的每一个丑数乘以3,5,能得到第一个大于M的结果M3和M5.那么下一个丑数应该是M2,M3,M5。这3个数的最小者。

前面分析的时候,提到把已有的每个丑数分别都乘以2,3,5.事实上这不是必须的,因为已有的丑数都是按顺序存放在数组中的。对乘以2而言,肯定存在某一个丑数T2,排在它之前的每一个丑数乘以2得到的结果都会小于已有的最大丑数,在它之后的每一个丑数乘以2得到的结果都会太大。我们只需记下这个丑数的位置,同时每次生成新的丑数的时候,去更新这个T2.对乘以3和5而言,也存在这同样的T3和T5.

代码:

public class Offer34 {

	//方法1,每个数字都要计算一遍 ,时间效率低
	public boolean isUgly(int number){
		while(number%2==0)
			number /= 2;
		while(number %3 == 0)
			number /= 3;
		while(number %5 == 0)
			number /=5;
		return (number == 1) ? true:false;
	}
	
	public int getUglyNumber(int index){
		if(index <= 0)
			return 0;
		
		int number = 0;
		int uglyFound = 0;
		while(uglyFound <index){
			number++;
			if(isUgly(number))
				uglyFound++;
		}
		return number;
	}
	
	//方法2,空间换时间
	public int getUglyNumber_2(int index){
		if(index <= 0)
			return 0;
		
		int [] uglyArray = new int[index];
		uglyArray[0] = 1;
		int multiply2 = 0;
		int multiply3 = 0;
		int multiply5 = 0;
		for(int i = 1;i<index;i++){
			int min = min(uglyArray[multiply2]*2, uglyArray[multiply3]*3, uglyArray[multiply5]*5);
			uglyArray[i] = min;
			 while(uglyArray[multiply2]*2 <= uglyArray[i] )//也可以是==
				 multiply2++;
			 while(uglyArray[multiply3]*3 <=  uglyArray[i])
				 multiply3++;
			 while(uglyArray[multiply5]*5 <= uglyArray[i])
				 multiply5++;
		}
		return uglyArray[index-1];
	}
	
	
	public int min(int number1, int number2, int number3) {
		int min = (number1<number2) ? number1 :number2;
		return min<number3? min:number3;
	}

	public static void main(String[] args) {

		Offer34 of34 = new Offer34();
		
		//功能测试,1,输入2
		int index11 = 2;
		//System.out.println("第"+index11+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index11));
		System.out.println("第"+index11+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index11));
		
		//功能测试,2,输入3
		int index21 = 3;
		//System.out.println("第"+index21+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index21));
		System.out.println("第"+index21+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index21));
		
		//功能测试,3,输入4
		int index31 = 4;
		//System.out.println("第"+index31+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index31));
		System.out.println("第"+index31+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index31));
		
		//功能测试,4,输入5
		int index41 = 5;
		//System.out.println("第"+index41+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index41));
		System.out.println("第"+index41+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index41));
		
		//功能测试,5,输入6
		int index51 = 6;
		//System.out.println("第"+index51+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index51));
		System.out.println("第"+index51+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index51));
		
		//特殊输入测试,6,边界值1
		int index61 = 1;
		//System.out.println("第"+index61+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index61));
		System.out.println("第"+index61+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index61));
		
		//特殊输入测试,7,边界值0
		int index71 = 0;
		//System.out.println("第"+index71+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index71));
		System.out.println("第"+index71+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index71));
		
		//性能测试,8,1500
		int index81 = 1500;
		//System.out.println("第"+index81+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber(index81));
		System.out.println("第"+index81+"个丑数是: "+of34.getUglyNumber_2(index81));

	}

}

运行结果:

第2个丑数是: 2
第3个丑数是: 3
第4个丑数是: 4
第5个丑数是: 5
第6个丑数是: 6
第1个丑数是: 1
第0个丑数是: 0
第1500个丑数是: 859963392

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