丑数(空间换时间)

获取第N个丑数的C++实现
本文介绍了一种使用C++编程语言来寻找第N个丑数的方法。丑数是指只包含质因数2、3和5的正整数。通过动态规划的方式,该算法能够有效地找到指定位置的丑数,并且详细展示了如何维护和更新候选丑数的序列。
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
using namespace std;

int Getuglynumber(int index);
int Min(int number1,int number2,int number3);

int main(){
	int index;
	cin>>index;
	int result = Getuglynumber(index);
	cout<<result<<endl;
	return 0;
}

int Min(int number1,int number2,int number3){
	int min = (number1<number2)?number1:number2;
	min = (min<number3)?min:number3;
	return min;
}

int Getuglynumber(int index){
	if(index<=0) return 0;
	
	int *puglynumbers = new int[index];
	puglynumbers[0] = 1;
	int nextuglyindex =  1;
	
	int *pmultiply2 = puglynumbers;
	int *pmultiply3 = puglynumbers;
	int *pmultiply5 = puglynumbers;
	
	while(nextuglyindex < index){
		int min = Min(*pmultiply2*2,*pmultiply3*3,*pmultiply5*5);
		
		puglynumbers[nextuglyindex] = min;
		
		while(*pmultiply2*2<=puglynumbers[nextuglyindex])
		++pmultiply2;
		while(*pmultiply3*3<=puglynumbers[nextuglyindex])
		++pmultiply3;
		while(*pmultiply5*5<=puglynumbers[nextuglyindex])
		++pmultiply5;
		
		++nextuglyindex;
	}
	
	int ugly = puglynumbers[nextuglyindex-1];
	delete[] puglynumbers;
	return ugly;
}

<think>嗯,用户让我介绍一下如何用Python求丑数。首先,我需要确认丑数的定义。丑数是指只包含质因数2、3、5的正整数,也就是说,1通常被视为第一个丑数,然后是2、3、4、5、6等,但像14这样包含7作为因数的数就不是丑数。 接下来,我得考虑不同的方法来解决这个问题。常见的算法有暴力法和动态规划。暴力法的话,就是逐个检查每个数是否为丑数,直到找到第n个。但这种方法效率不高,特别是当n较大时,因为需要检查很多不是丑数的数字。 动态规划的方法更高效。基本思路是维护三个指针,分别对应乘以2、3、5后的下一个可能的丑数。每次选择最小的那个作为下一个丑数,并更新相应的指针。这样可以按顺序生成丑数,避免不必要的计算。 然后,我需要考虑如何实现这个动态规划算法。首先初始化一个数组,第一个元素是1。然后定义三个指针i2、i3、i5,初始都指向第一个元素。每次循环中,计算下一个可能的丑数,选择最小的,并更新对应的指针。需要注意的是,当有多个指针生成相同的候选值时,所有相关的指针都要增加,以避免重复。 例如,当当前丑数是2,由i2=0的位置乘以2得到后,i2增加到1。下一个候选可能是min(4,3,5),即3,这时候i3增加到1。这样依次生成下去。 还要处理特殊情况,比如n=0或负数,但通常题目中n是正整数。另外,确保生成的丑数顺序正确,没有重复。 测试一下这个方法是否正确。比如前10个丑数应该是1,2,3,4,5,6,8,9,10,12。用动态规划方法应该能得到正确的结果。 最后,比较不同方法的时间复杂度。暴力法是O(n log n)或者更差,而动态规划是O(n),效率更高。因此,动态规划是更优的选择。</think>好的!让我们逐步了解如何用Python求丑数。 --- ### **什么是丑数?** 丑数(Ugly Number)指**只包含质因数2、3、5的正整数**。例如: - $1$ (默认第一个丑数) - $2 = 2^1$ - $3 = 3^1$ - $4 = 2^2$ - $5 = 5^1$ - $6 = 2 \times 3$ - $8 = 2^3$ 但像 $14 = 2 \times 7$(含7)则不是丑数。 --- ### **算法思路** #### 暴力法(不推荐) 1. 逐个检查每个数是否能被2/3/5整除,直到余数为1。 2. 时间复杂度:$O(n \log n)$,效率低。 #### 动态规划(推荐) 1. **维护三个指针**:分别对应下一个可能乘以2/3/5的丑数位置。 2. **选择最小值**:每次生成下一个丑数时,从三个候选值中取最小。 3. **更新指针**:如果某个指针生成的数被选中,则移动该指针。 --- ### **Python实现代码** ```python def nthUglyNumber(n): ugly = [1] # 初始化第一个丑数 i2 = i3 = i5 = 0 # 三个指针 for _ in range(1, n): # 生成候选丑数 next2 = ugly[i2] * 2 next3 = ugly[i3] * 3 next5 = ugly[i5] * 5 # 选择最小值 next_ugly = min(next2, next3, next5) ugly.append(next_ugly) # 更新指针(可能同时更新多个) if next_ugly == next2: i2 += 1 if next_ugly == next3: i3 += 1 if next_ugly == next5: i5 += 1 return ugly[-1] ``` --- ### **关键点解释** 1. **指针更新逻辑**: - `i2`指向最后一个通过$\times 2$生成新丑数的位置。 - 例如:当`ugly[i2]=2`时,下一个$\times 2$的候选是$2 \times 2 = 4$。 - **为什么用`if`而不是`elif`**?避免重复(如$6=2 \times 3$需要同时移动`i2`和`i3`)。 2. **时间复杂度**:$O(n)$,空间复杂度:$O(n)$。 --- ### **示例验证** ```python print(nthUglyNumber(10)) # 输出:12 # 前10个丑数:[1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12] ``` --- ### **扩展问题** - **超级丑数**:若质因数不限于2/3/5,只需调整代码中的质数列表。 - **去重优化**:确保候选值唯一(但上述代码已隐含处理)。 希望这个清晰的步骤能帮助你理解如何高效求解丑数
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