LeetCode 050 Pow(x,n)

本文探讨了Pow(x, n)算法实现方法,通过分析特殊情况处理与分治递归策略,介绍了两种不同的实现方案,并深入讨论了类型转换细节。
50. Pow(x, n)
Implement pow(xn).
class Solution {
public:
    double myPow(double x, int n) {
    }
};
解题思路:
  • 自己的解题思路
给了一个大致精确地算法,对于|x|<1e-7,默认为0;然后,考虑特殊的myPow(0.0, 0);
之后,用分治法进行迭代就可以获得结果。
  • 别人的解题思路
查看了<math.h>关于pow()的算法。发现官方文档给的算法很巧妙
先将n取正,然后将n换成2进制数,每位都有一个权重。
如果n->(nk… n2 n1),则x^n=x^(nk… n2 n1)=x^(nk权重)*…x^(n2权重) *x^(n1权重)
边界条件:
Boundary Conditions:

if(x==0 && n==0) result=1;

if((n<=INT_MIN || n>=INT_MAX) && (x>1 || x<-1)) result=0;

if(x==1 && n==INT_MIN) result=1;

if(n>=INT_MAX && (x==1 || x==-1)) result=x;

if(n<=INT_MIN && (x==1 || x==-1)) result=-x;

学习收获:
  • 加深对类型转换的理解。
首先,  int a=INT_MIN;   则
int b =-a;         //b仍然为INT_MIN
unsiged c=-a;     //c为INT_MAX+1
long d=-a;        //d= 0xffffffff80000000 ; 也就是仍未INT_MIN   对于long long 也是如此;
unsiged long e=-a;    //e=0x80000000;也就是INT_MAX+1
unsiged long long f=-a;    //f=0xffffffff80000000;也就是18446744071562067968
因此可以得出结论,-a先在int类型下面转为(-运算)为int;然后再对int进行转化位数扩展,如果它是负数,那么进行位数扩展的时候,增加1而不是0,(不管赋值给有符号数还是无符号数);之后,再进行转换。
  • 近距离接触一次优质代码,牛人写的代码真是简练。
需要继续学习这种位运算的算法。
  • 知道如何关闭word文档的首字母自动大写功能;
点文件->选项->校对->自动更正选项->取消“句首字母大写”前面钩钩即可。
附件:程序
1、自己的程序:
double myPow(double x, int n)
{
    if(abs(x) < 1e-7)
    {
        if(n)
        {
            return 0.0;
        }
        else
        {
            return 1.0;
        }
    }
    int m = (n > 0) ? n : -n;
    double res = power(x, m);
    return (n > 0) ? res : 1.0 / res;
}
double power(double x, int n)
{
    if(n == 0)
    {
        return 1.0;
    }
    else if(n % 2)
    {
        double tem = power(x, n / 2);
        return tem*tem*x;
    }
    else
    {
        double tem = power(x, n / 2);
        return tem*tem;
    }
}
2、别人的程序
这是一个官方程序,没有bug。很好地考虑好边界问题。
double myPow(double x, int n)
{
    unsigned int m = (n > 0)?n:-n;
    for(double res = double(1);; x *= x)
    {
        if((m & 1) != 0)
        {
            res *= x;
        }
        if((m >>= 1) == 0)
        {
            return (n < 0?double(1) / res:res);
        }
    }
}
### C语言实现 以下提供两种C语言实现`pow(x, n)`的代码: #### 递归实现 ```c double myPow(double x, int n){ if (n == 0) return 1.0; if (n == 1) return x; if (n == -1) return 1.0 / x; double half = myPow(x, n / 2); double odevity = myPow(x, n % 2); return odevity * half * half; } ``` 此代码通过递归调用自身来计算`x`的`n`次幂,对于`n`为0、1、 - 1的情况直接返回结果,对于其他情况,将`n`分解为两部分计算,最后相乘得到结果[^2]。 #### 另一种递归实现 ```c double myPow(double x, int n){ if(n == 0 || x == 1){ return 1; } if(n < 0){ return 1/(x*myPow(x,-(n+1))); } if(n % 2 == 0){ return myPow(x*x,n/2); } else{ return x*myPow(x*x,(n - 1)/2); } } ``` 该代码对于`n`为0或者`x`为1的情况直接返回1;当`n`为负数时,将其转换为正数来处理;根据`n`的奇偶性进行不同的递归计算,奇数时多乘一个`x`,偶数时对`x`平方后`n`除2继续递归[^3]。 ### 分析总结 本题是要实现计算`x`的`n`次幂函数`pow(x, n)`。如果直接将`n`个`x`相乘,时间复杂度为$O(n)$,会超时。本题的核心思路是将`n`分解成二进制的数,然后预处理`x`的二进制次方。若`n`的二进制的第`k`位是1,则答案可以乘上`x`的$2^k$次方,而计算`x`的$2^k$次方,只需每次将自身做平方即可,这样可以将时间复杂度优化到$O(log n)$ [^4]。 递归实现的代码逻辑较为清晰,易于理解,但会存在函数调用的开销。在处理负数指数时需要额外的转换操作。同时要注意整数溢出的问题,在处理`n`为`INT_MIN`时可能会出现问题。
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