剑指:寻找丑数

题目:

我们把只含有因子2、3、5的数称为丑数。例如6、8都是丑数,而14不是丑数,因为它含有因子7.通常也把1当做丑数。编程求按从小到大的顺序的第N个丑数。注意:使用的算法效率应尽量高。

思路:

法一:暴力穷举 (不推荐)

判断一个数字是不是丑数,先让这个数除以2,知道不能整除,再除以3直到不能整除,再除以5,知道不能整除。最后这个数如果是1,那这个数就是丑数,否则不是丑数。 这个思路很好理解,一个一个的遍历判断就可以。但是计算量比较大,复杂度高。

法二:

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;
(三个指针:p2, p3, p5;当最小的值与该指针乘以系数相等,那么这个指针就前移一位)
(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
………………
import java.util.ArrayList;

public class Solution {
    public int GetUglyNumber_Solution(int index) {
        if(index < 0) return -1;
        // 0-6的丑数分别为0-6
        if(index < 7) return index;
        
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(1);
        
        //p2,p3,p5分别为三个队列的指针,
        int p2 = 0, p3 = 0, p5 = 0;
        
        while(list.size() < index){
            int m2 = list.get(p2) * 2;
            int m3 = list.get(p3) * 3;
            int m5 = list.get(p5) * 5;
            
            int min = Math.min(m2, Math.min(m3, m5));
            list.add(min);
            
            if(min==m2) p2++;
            if(min==m3) p3++;
            if(min==m5) p5++;
        }
        return list.get(list.size()-1);
    }
}

 

原文地址:https://www.cnblogs.com/lisen10/p/11484722.html