LeetCode每日一题(313. Super Ugly Number)

超级丑数是指其质因数只包含特定数组primes的正整数。给定n和primes数组,找到第n个超级丑数。文章通过例子解释了丑数的生成过程,并指出直接填充矩阵的方法会导致超时,时间复杂度为O(nk)。优化方法是按列生成备选数字,每次选择最小值更新系数,降低时间复杂度。

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A super ugly number is a positive integer whose prime factors are in the array primes.

Given an integer n and an array of integers primes, return the nth super ugly number.

The nth super ugly number is guaranteed to fit in a 32-bit signed integer.

Example 1:

Input: n = 12, primes = [2,7,13,19]
Output: 32

Explanation: [1,2,4,7,8,13,14,16,19,26,28,32] is the sequence of the first 12 super ugly numbers given primes = [2,7,13,19].

Example 2:

Input: n = 1, primes = [2,3,5]
Output: 1

Explanation: 1 has no prime factors, therefore all of its prime factors are in the array primes = [2,3,5].

Constraints:

  • 1 <= n <= 105
  • 1 <= primes.length <= 100
  • 2 <= primes[i] <= 1000
  • primes[i] is guaranteed to be a prime number.
  • All the values of primes are unique and sorted in ascending order.

我们把丑数的生成过程用矩阵的形式表达出来:

第 0 步:

	2	7	13	19

1

第 1 步:

	2	7	13	19

1	2

2

第 2 步:

	2	7	13	19

1 	2 	7

2 	4

4

第 3 步:

	2	7	13	19

1 	2 	7	13

2 	4	14

4	8

7

第 4 步:

	2	7	13	19

1 	2 	7	13	19

2 	4	14	26

4	8	28

7	14

13

其实整个丑数的产生过程就是不断的填充矩阵对角线(左下到右上)上的值,然后从所有已生成的值中挑出最小的来扩充新的一行, 但是如果直接按这种方式写代码,最终结果是超时,该算法的时间复杂度为 O(nk),其中 n 为要找的第 n 个丑数, k 为质数数量。改进的方法是,我们按列来生成备选的数字, primes 里有多少个质数就有多少列, 初始化的时候每列数字所乘的系数都是 1,我们在生成新的数字的时候要保存每个数字属于那一列, 同时也要保存该数字所乘以的系数,而该系数其实就是上面矩阵中的最左侧那一列, 也就是所生成的数字。我们每次从生成的数字中拿出值最小的那个作为新一行的系数,同时将该数字的系数上调一级生成新的备选数字



use std::cmp::Reverse;
use std::collections::BinaryHeap;

impl Solution {
    pub fn nth_super_ugly_number(n: i32, primes: Vec<i32>) -> i32 {
        let mut uglys = vec![1i64];
        let mut heap: BinaryHeap<Reverse<(i64, i64, usize)>> = BinaryHeap::new();
        for p in &primes {
            heap.push(Reverse((*p as i64, *p as i64, 0)));
        }
        let mut count = 1;
        while count < n {
            let Reverse((v, p, i)) = heap.pop().unwrap();
            if v != *uglys.last().unwrap() {
                uglys.push(v);
                count += 1;
            }
            heap.push(Reverse((p * uglys[i + 1], p, i + 1)));
        }
        return uglys[n as usize - 1] as i32;
    }
}

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