程序员面试题精选100题(02)-寻找丑数[算法]

面试题 时间:2019-09-22 手机网站

 

题目:我们把只包含因子

235的数称作丑数(Ugly Number)。例如68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1500个丑数。

分析:这是一道在网络上广为流传的面试题,据说google曾经采用过这道题。

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n % m == 0。根据丑数的定义,丑数只能被235整除。也就是说如果一个数如果它能被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,就除以连续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。

基于前面的分析,我们可以写出如下的函数来判断一个数是不是丑数:

bool 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;

}

接下来,我们只需要按顺序判断每一个整数是不是丑数,即:

int GetUglyNumber_Solution1(int index)

{

    if(index <= 0)

        return 0;

 

    int number = 0;

    int uglyFound = 0;

    while(uglyFound < index)

    {

        ++number;

 

        if(IsUgly(number))

        {

            ++uglyFound;

        }

    }

 

    return number;

}

我们只需要在函数GetUglyNumber_Solution1中传入参数1500,就能得到第1500个丑数。该算法非常直观,代码也非常简洁,但最大的问题我们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数和除法操作。因此该算法的时间效率不是很高。

接下来我们换一种思路来分析这个问题,试图只计算丑数,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23或者5的结果(1除外)。因此我们可以创建一个数组,里面的数字是排好序的丑数。里面的每一个丑数是前面的丑数乘以23或者5得到的。

这种思路的关键在于怎样确保数组里面的丑数是排好序的。我们假设数组中已经有若干个丑数,排好序后存在数组中。我们把现有的最大丑数记做M。现在我们来生成下一个丑数,该丑数肯定是前面某一个丑数乘以23或者5的结果。我们首先考虑把已有的每个丑数乘以2。在乘以2的时候,能得到若干个结果小于或等于M的。由于我们是按照顺序生成的,小于或者等于M肯定已经在数组中了,我们不需再次考虑;我们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按从小到大顺序生成的,其他更大的结果我们以后再说。我们把得到的第一个乘以