大数运算(一) —— N的阶乘

本文介绍了一种高效计算大数阶乘的方法,通过数组存储和逐位相乘实现,适用于N小于等于10000的情况。文章通过实例演示了整个计算过程,并提供了完整的C++代码。

注:本程序只适用于N<=10000的阶乘运算,N=10000时已经跑得相当慢,超过了1s,只是推荐一下自己的方法


10000!的结果大约有36000位,需要开一个至少为36000的数组


下面用实例来模拟一下我的方法:

输入N=6

0       1       2       3       4       5       6       7       8       9       10      11      12(数组指针)

i=1

1       0       0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

i=2

2       0       0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

i=3

6       0       0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0 

i=4

24     0       0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

4       2       0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

i=5

20    10      0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

0      12      0       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

0       2       1       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

i=6

0      12      6       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

0       2       7       0       0       0       0       0       0       0        0        0         0

输出:720


#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

int main()
{
    int n;
    int a[50000];
    while(cin>>n)
    {
        memset(a,0,sizeof(a));
        a[0]=1;
        for(int i=1; i<=n; i++)
        {
            for(int j=0; j<i*4; j++)//将所有数字都乘i
                a[j]*=i;
            for(int j=0; j<i*4; j++)//进位
                if(a[j]>9)
                {
                    a[j+1]+=a[j]/10;
                    a[j]%=10;
                }
        }
        int t;
        for(int i=n*4; i>=0; i--)//忽略前导0
        {
            if(a[i]!=0)
            {
                t=i;
                break;
            }
        }
        for(int i=t; i>=0; i--)
            cout<<a[i];
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}


大数阶乘的计算通常涉及到超过标准整型可以表示的大数值,特别是在n较大时。由于题目要求使用整型据类型,并限制每个元素或节点最多存储3位值,我们可以采用以下策略: (1) 据的表示和存储: - 使用组或动态内存分配(如链表)来存储阶乘的每位。因为阶乘会增长非常快,我们不能次性存储整个结果,而需要逐位累加。组的长度可以根据n的大小设置,比如如果n最大为999,则组长度可能是4000(考虑到每位和结束标志)。 - 每个元素或节点可以是个3位二进制整,用于存储当前的位值。例如,如果当前值是1758,我们将其转换成二进制表示 [1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0]。 (1.1) 累积运算的中间结果存储: - 初始值设置为1,然后从2开始循环,每次迭代都将当前字乘到之前的结果上,同时将结果左移位(相当于除以10),并将新的右移部分(低三位)追加到存储组中。 - 需要注意的是,当达到组的容量时,我们需要将结果更新回位(可能需要拆分并合并组元素),然后继续计算下位。 (1.2) 存储结构示例: ```cpp struct LargeInt { int digits[1000]; // 代表每位的3位值 int length; }; LargeInt factorial(int n) { LargeInt result; result.length = 0; result.digits[result.length++] = 1; // 初始化为1 for (int i = 2; i <= n; ++i) { LargeInt temp = result; // 备份当前结果 result *= i; // 累乘 while (result.length >= 1000) { // 当超过组容量时 LargeInt carry = result.digits[0]; result.digits[0] = 0; int index = 1; while (index < 1000 && carry > 0) { result.digits[index++] = carry % 1000; carry /= 1000; } if (carry != 0) { result.digits[index++] = carry; // 如果还有余,追加 } result.length = index; // 更新长度 } // 将当前计算结果追加到组末尾 while (temp.length > 0) { result.digits[result.length++] = temp.digits[temp.length - 1]; temp.length--; } } return result; } ```
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