算法的学习笔记—丑数(牛客JZ49)

news2024/10/21 21:59:05

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😀前言
在程序设计和算法竞赛中，丑数问题是一个经典的动态规划题目。丑数（Ugly Number）定义为只包含质因子 2、3 和 5 的数。举例来说，数字 6（因子为 2 和 3）、数字 8（因子为 2）都是丑数，而数字 14 不是丑数，因为它包含质因子 7。在这种定义下，1 通常被视为第一个丑数。

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文章目录

🥰丑数
- 😊题目描述
- - 例子
- 😄解题思路
- - 核心思想
- 💖代码实现
- - 详解代码
  - 复杂度分析
- 😄总结

🥰丑数

NowCoder

😊题目描述

把只包含因子 2、3 和 5 的数称作丑数（Ugly Number）。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。

例子

输入：N = 10
输出：12
解释：前10个丑数依次是 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12]，因此第10个丑数为12。

😄解题思路

解决该问题的常见方法是动态规划。动态规划的基本思想是从第一个丑数开始，逐步生成下一个丑数，直到得到第 N 个。

核心思想

定义状态：使用一个长度为 N 的数组 dp，其中 dp[i] 表示从小到大第 i+1 个丑数。初始化 dp[0] = 1，即第一个丑数是 1。
生成丑数：由于丑数的定义，新的丑数可以通过已知的丑数乘以 2、3 或 5 来生成。因此，我们在每一步都计算下一个可以生成的丑数。
三个指针：维护三个指针 i2, i3, i5，分别表示当前丑数数组中，乘以 2、3、5 后最小值的索引。每次选择这三个数中的最小值作为下一个丑数，并更新相应的指针。
避免重复：如果当前生成的丑数等于多个最小值中的某个，我们需要将对应的指针后移，避免重复计算。例如，如果 dp[i] 既是 dp[i2] * 2，又是 dp[i3] * 3，我们需要同时更新 i2 和 i3。

💖代码实现

public int GetUglyNumber_Solution(int N) {
    if (N <= 6)
        return N;  // 特殊情况：如果 N 小于等于6，直接返回 N，因为前6个丑数为 [1, 2, 3, 4, 5, 6]
    
    int i2 = 0, i3 = 0, i5 = 0;  // 初始化三个指针，分别指向当前乘以2、3、5的丑数索引
    int[] dp = new int[N];  // 创建数组存储前N个丑数
    dp[0] = 1;  // 第一个丑数是1
    
    for (int i = 1; i < N; i++) {
        // 计算下一个可能的丑数，分别为2、3、5的倍数
        int next2 = dp[i2] * 2, next3 = dp[i3] * 3, next5 = dp[i5] * 5;
        
        // 当前丑数是这三个数中的最小值
        dp[i] = Math.min(next2, Math.min(next3, next5));
        
        // 如果当前最小值是乘以2得到的，更新指针i2
        if (dp[i] == next2)
            i2++;
        // 如果当前最小值是乘以3得到的，更新指针i3
        if (dp[i] == next3)
            i3++;
        // 如果当前最小值是乘以5得到的，更新指针i5
        if (dp[i] == next5)
            i5++;
    }
    
    // 返回第N个丑数
    return dp[N - 1];
}

详解代码

特殊处理：首先判断 N 是否小于等于 6，因为前 6 个丑数就是 [1, 2, 3, 4, 5, 6]，直接返回即可。
初始化指针和数组：i2, i3, i5 分别指向乘以 2、3、5 后可以得到的最小丑数索引。数组 dp 用于存储从小到大生成的丑数，初始值为 dp[0] = 1。
计算最小值：每次循环中，分别计算 next2 = dp[i2] * 2，next3 = dp[i3] * 3，next5 = dp[i5] * 5，然后取这三个值的最小值作为下一个丑数。
更新指针：如果当前生成的丑数是乘以 2 得到的，则指针 i2 向后移动，以便下次循环使用更新的丑数；如果是乘以 3 或 5 得到的，也分别移动指针 i3 和 i5。