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算法:第N个丑数


题目名称

丑数

把只包含质因子2、3和5的数称作丑数(Ugly Number)。

例如6、8都是丑数,但14不是,因为它包含质因子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。


分析

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,再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;

(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

链接:https://www.nowcoder.com/questionTerminal/6aa9e04fc3794f68acf8778237ba065b?f=discussion

来源:牛客网


代码

public class Solution {
    public int GetUglyNumber_Solution(int index) {
        if (index <= 0) return 0;
        int[] dp = new int[index + 1];
        dp[0] = 1;
        int n2 = 0, n3 = 0, n5 = 0;
        int count = 1;
        while (count < index) {
            int cur = Math.min(dp[n2] * 2, Math.min(dp[n3] * 3, dp[n5] * 5));
            if (cur == dp[n2] * 2) n2++;
            if (cur == dp[n3] * 3) n3++;
            if (cur == dp[n5] * 5) n5++;
            dp[count++] = cur;
        }
        return dp[index - 1];
    }
}

本文作者:Jasonkay
本文链接:https://jasonkayzk.github.io/1996/07/27/算法-第N个丑数/
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