剑指Offer面试题32:从1到n整数中1出现的次数

本文介绍两种计算从1到N所有整数中数字1出现次数的方法。一种是直接遍历法,时间复杂度为O(n*logn);另一种是通过分析位数影响的巧妙算法,时间复杂度降低至O(logn)。

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题目:
输入一个整数n,求从1到n这n个整数的十进制表示中1出现的次数。例如输入12,从1到12这些整数中包含1的数字有1,10,11,12,1一共出现了5次

思路一:最直白但是时间复杂度高的解法
依次累加1到n中每个整数1出现的次数。每次可以通过对10求余数判断整数的个位数是不是1

    public int NumberOf1Between1AndN(int n) {
        int sumCnt = 0;
        for (int i = 1; i <= n ; i++) {
            sumCnt += NumbersOf1(i);
        }
        return sumCnt;
    }
    private int NumbersOf1(int num) {
        int cnt = 0;
        while (num != 0){
            if (num % 10 == 1)
                cnt++;
            num /= 10;
        }
        return cnt;
    }

总结:如果输入数字n,n有logn位,需要判断每一位是不是 1,那么它的时间复杂度是O(n * logn)
思路二:摘自牛客网友解答,打死我也想不出来的解法,很巧妙很清晰,分析很强势

设N = abcde ,其中abcde分别为十进制中各位上的数字。
如果要计算百位上1出现的次数,它要受到3方面的影响:百位上的数字,百位以下(低位)的数字,百位以上(高位)的数字。
① 如果百位上数字为0,百位上可能出现1的次数由更高位决定。比如:12013,则可以知道百位出现1的情况可能是:100~199,1100~1199,2100~2199,,…,11100~11199,一共1200个。可以看出是由更高位数字(12)决定,并且等于更高位数字(12)乘以 当前位数(100)。
② 如果百位上数字为1,百位上可能出现1的次数不仅受更高位影响还受低位影响。比如:12113,则可以知道百位受高位影响出现的情况是:100~199,1100~1199,2100~2199,,….,11100~11199,一共1200个。和上面情况一样,并且等于更高位数字(12)乘以 当前位数(100)。但同时它还受低位影响,百位出现1的情况是:12100~12113,一共114个,等于低位数字(113)+1。
③ 如果百位上数字大于1(2~9),则百位上出现1的情况仅由更高位决定,比如12213,则百位出现1的情况是:100~199,1100~1199,2100~2199,…,11100~11199,12100~12199,一共有1300个,并且等于更高位数字+1(12+1)乘以当前位数(100)。

    public int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n){
        int cnt = 0;  //1的个数
        int current = 0,before = 0,after = 0;
        int i = 1;
        while (n/i != 0){
            current = (n/i)%10;      //当前位
            before = n/(i*10);       //高位数字
            after = n - (n/i) * i;   //低位数字
            if (current == 0){
                cnt += before * i;
            }else if (current == 1){
                cnt += before * i + after + 1;
            }else{
                cnt += (before + 1) * i;
            }
            i *= 10;
        }
        return cnt;
    }

总结:时间复杂度为O(logn)

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