校招算法笔面试 | 整数中1出现的次数（从1到n整数中1出现的次数）-优快云博客

题目

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题目的主要信息：

输入一个整数 n ，求1～n这n个整数的十进制表示中1出现的次数

举一反三：

学习完本题的思路你可以解决如下题目：

JZ17. 打印从1到最大的n位数

JZ15. 二进制中1的个数

方法一：按位统计法（推荐使用）

思路：

数字都是由位数组成，某一位上面是1的个数是一定的，因此我们可以根据这个来处理。

假设我们要计算百位上总共有多少1：首先100-199有100个1，而1100-1199又出现了100个1，于是我们知道了每过1000个数字就会出现100个百位上的1，于是我们就有 $\lfloor n/1000 \rfloor * 100$ ，细分讨论一下就是：

当 $\% 1000 < 100$ ，百位上不会出现1；
当 $\% 1000 < 200$ ，百位上出现的1有 $\% 1000 - 100 + 1$ 次
当 $\% 1000 >= 200$ ，百位上的1一共100次

于是我们就可以得到计算公式每一位的计算公式：

$\lfloor n / 10^{i+1} \rfloor * 10^i + min(max(n \% 10^{i+1} - 10^i + 1, 0), 10^k)$

公式中 $10^i$ 就表示某一位，而前半部分是表示完整在循环中的，后半部分表示部分出现需要讨论的。

具体做法：

step 1：准备一个基础变量，记录位数，从1开始，每轮循环扩大10倍。
step 2：从1开始，即个位开始，直到基础变量大于n，每次按照公式统计相应位置1的个数。

图示：

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Java实现代码：

import java.util.*;
public class Solution {
    public int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n) {
        int res = 0;
        //MulBase = 10^i
        long MulBase = 1;
        //每位数按照公式计算
        for(int i = 0; MulBase <= n; i++){ 
            //根据公式添加
            res += (n / (MulBase * 10)) * MulBase + Math.min(Math.max(n % (MulBase * 10) - MulBase + 1, (long)0), MulBase);
            //扩大一位数
            MulBase *= 10; 
        }
        return res;
    }
}

C++实现代码：

class Solution {
public:
    int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n) {
        int res = 0;
        //MulBase = 10^i
        long long MulBase = 1;
        //每位数按照公式计算
        for(int i = 0; MulBase <= n; i++){ 
            //根据公式添加
            res += (n / (MulBase * 10)) * MulBase + min(max(n % (MulBase * 10) - MulBase + 1, (long long)0), MulBase);
            //扩大一位数
            MulBase *= 10; 
        }
        return res;
    }
};

Python实现代码：

class Solution:
    def NumberOf1Between1AndN_Solution(self , n: int) -> int:
        res = 0
        #MulBase = 10^i
        MulBase = 1
        #每位数按照公式计算
        i = 0
        while MulBase <= n:
            i += 1
            #根据公式添加
            res += (n // (MulBase * 10)) * MulBase + min(max(n % (MulBase * 10) - MulBase + 1, 0), MulBase)
            #扩大一位数
            MulBase *= 10 
        return res

复杂度分析：

时间复杂度： $O(log_{10}n)$ ，循环次数等于数字 $n$ 的位数，位数与 $n$ 呈10的对数关系
空间复杂度： $O (1)$ ，常数级变量，无额外辅助空间使用

方法二：暴力统计法（扩展思路）

思路：

有人或许会觉得按照位数一次性统计整体想起来有点绕，我们可以试一下这种简单的暴力方法。

我们可以尝试遍历1到n的每个数字，然后对每个数字单独遍历它的每一位，检查是否是1，如果是1则计数。

具体做法：

step 1：从1遍历到n，查看每一个数字。
step 2：对于每个数字，用连除法每次判断最后一位数字是否为1，并进行计数。

Java实现代码：

import java.util.*;
public class Solution {
    public int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n) {
        int res = 0;
        //遍历1-n
        for(int i = 1; i <= n; i++){ 
            //遍历每个数的每一位
            for(int j = i; j > 0; j = j / 10){ 
                //遇到数字1计数
                if(j % 10 == 1) 
                    res++;
            }
        }
        return res;
    }
}

C++实现代码：

class Solution {
public:
    int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n) {
        int res = 0;
        //遍历1-n
        for(int i = 1; i <= n; i++){ 
            //遍历每个数的每一位
            for(int j = i; j > 0; j = j / 10){ 
                //遇到数字1计数
                if(j % 10 == 1) 
                    res++;
            }
        }
        return res;
    }
};

Python实现代码：

class Solution:
    def NumberOf1Between1AndN_Solution(self , n: int) -> int:
        res = 0
        #遍历1-n
        for i in range(1, n + 1):
            #遍历每个数的每一位
            j = i
            while j > 0:
                #遇到数字1计数
                if j % 10 == 1:
                    res += 1
                j = j // 10
        return res