264. Ugly NumberII & 313. Super Ugly Number

本文介绍了一种高效求解Ugly Number与Super Ugly Number的方法。通过维护多个指针来追踪可能的丑数,并使用动态规划的思想进行最小值选择,实现了简洁而高效的算法解决方案。

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264 Ugly NumberII
题目:
Write a program to find the n-th ugly number.

Ugly numbers are positive numbers whose prime factors only include 2, 3, 5. For example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12 is the sequence of the first 10 ugly numbers.

Note that 1 is typically treated as an ugly number.

解答:
这个问题最主要的就是如果按顺序找出ugly number, 那么我们如果能想到把以2, 3, 5为因子的这些ugly number分成三个list, 然后在每次输出时取list里最小的那个数输出就可以解决了。代码如下:

public class Solution {
    // (1) 1*2, 2*2, 3*2, 4*2,...
    // (2) 1*3, 2*3, 3*3, 4*3,...
    // (3) 1*5, 2*5, 3*5, 4*5,...
    class Num {
        int index, factor;
        public Num(int index, int factor) {
            this.index = index;
            this.factor = factor;
        }
    }

    public int nthUglyNumber(int n) {
        int[] ugly = new int[n];
        ugly[0] = 1;
        Num l2 = new Num(1, 2);
        Num l3 = new Num(1, 3);
        Num l5 = new Num(1, 5);
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            int min = Math.min(l2.factor, Math.min(l3.factor, l5.factor));
            ugly[i] = min;
            if (l2.factor == min) {
                l2.factor = ugly[l2.index++] * 2;
            }
            if (l3.factor == min) {
                l3.factor = ugly[l3.index++] * 3;
            }
            if (l5.factor == min) {
                l5.factor = ugly[l5.index++] * 5;
            }
        }
        return ugly[n - 1];
    }
}

其实这道题还有一个更in general的解法,跟super ugly number可以用一样的解法:

public int nthUglyNumber(int n) {
    int[] primes = {2, 3, 5};
    int[] ugly = new int[n];
    int[] index = new int[primes.length];
    
    ugly[0] = 1;
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        ugly[i] = Integer.MAX_VALUE;
        for (int j = 0; j < primes.length; j++) {
            //从每个prime现在乘到的数开始继续往下乘
            ugly[i] = Math.min(ugly[i], primes[j] * ugly[index[j]]);
        }
        
        for (int j = 0; j < primes.length; j++) {
            while (primes[j] * ugly[index[j]] == ugly[i]) {
                index[j]++;
            }
        }
    }
    return ugly[n - 1];
}

313 Super Ugly Number
题目:
Write a program to find the nth super ugly number.

Super ugly numbers are positive numbers whose all prime factors are in the given prime list primes of size k. For example, [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] of size 4.

Note:
(1) 1 is a super ugly number for any given primes.
(2) The given numbers in primes are in ascending order.
(3) 0 < k ≤ 100, 0 < n ≤ 106, 0 < primes[i] < 1000.

解答:

public int nthSuperUglyNumber(int n, int[] primes) {
    int[] ugly = new int[n];
    int[] index = new int[primes.length];
    
    ugly[0] = 1;
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        ugly[i] = Integer.MAX_VALUE;
        //找到最小的值
        for (int j = 0; j < primes.length; j++) {
            ugly[i] = Math.min(ugly[i], primes[j] * ugly[index[j]]);
        }
        //去重
        for (int j = 0; j < primes.length; j++) {
            while (ugly[i] == primes[j] * ugly[index[j]]) {
                index[j]++;
            }
        }
    }
    return ugly[n - 1];
}
内容概要:该研究通过在黑龙江省某示范村进行24小时实地测试,比较了燃煤炉具与自动/手动进料生物质炉具的污染物排放特征。结果显示,生物质炉具相比燃煤炉具显著降低了PM2.5、CO和SO2的排放(自动进料分别降低41.2%、54.3%、40.0%;手动进料降低35.3%、22.1%、20.0%),但NOx排放未降低甚至有所增加。研究还发现,经济性和便利性是影响生物质炉具推广的重要因素。该研究不仅提供了实际排放数据支持,还通过Python代码详细复现了排放特征比较、减排效果计算和结果可视化,进一步探讨了燃料性质、动态排放特征、碳平衡计算以及政策建议。 适合人群:从事环境科学研究的学者、政府环保部门工作人员、能源政策制定者、关注农村能源转型的社会人士。 使用场景及目标:①评估生物质炉具在农村地区的推广潜力;②为政策制定者提供科学依据,优化补贴政策;③帮助研究人员深入了解生物质炉具的排放特征和技术改进方向;④为企业研发更高效的生物质炉具提供参考。 其他说明:该研究通过大量数据分析和模拟,揭示了生物质炉具在实际应用中的优点和挑战,特别是NOx排放增加的问题。研究还提出了多项具体的技术改进方向和政策建议,如优化进料方式、提高热效率、建设本地颗粒厂等,为生物质炉具的广泛推广提供了可行路径。此外,研究还开发了一个智能政策建议生成系统,可以根据不同地区的特征定制化生成政策建议,为农村能源转型提供了有力支持。
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