264. Ugly Number II

本文介绍了一种高效算法来找出第N个丑数。丑数是指只包含质因数2、3和5的正整数。文中提供了两种实现思路:一种使用优先队列维护丑数的顺序,另一种通过动态规划保持三个指针来迭代生成丑数序列。

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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.

Hint:

  1. The naive approach is to call isUgly for every number until you reach the nth one. Most numbers are not ugly. Try to focus your effort on generating only the ugly ones.
  2. An ugly number must be multiplied by either 2, 3, or 5 from a smaller ugly number.
  3. The key is how to maintain the order of the ugly numbers. Try a similar approach of merging from three sorted lists: L1, L2, and L3.
  4. Assume you have Uk, the kth ugly number. Then Uk+1 must be Min(L1 * 2, L2 * 3, L3 * 5).
题意:计算第n个丑数。

思路:优先队列,每次拿出来一个,放进去3个;Ui表示第i个丑数,则Ui分别乘以2,3,5然后继续放进优先队列里,取出第i+1个。

class Solution {
public:
	int nthUglyNumber(int n) {
		if (n == 1)
			return n;
		priority_queue<long long, vector<long long>, std::greater<long long>> dp;
		long res = 1;
		while (--n){
			long long a, b, c;
			a = res * 2;
			b = res * 3;
			c = res * 5;
			dp.push(a);
			dp.push(b);
			dp.push(c);
			while(dp.top() == res)
			    dp.pop();
			res = dp.top();
			dp.pop();
		}
		return res;
	}
};

思路2:

我们知道丑陋数序列可以拆分为下面3个子列表:
(1) 1×2, 2×2, 3×2, 4×2, 5×2, …
(2) 1×3, 2×3, 3×3, 4×3, 5×3, …
(3) 1×5, 2×5, 3×5, 4×5, 5×5, …

仔细观察上述三个列表,列表里的每个值b都是一个丑数a分别乘以2,3,5,由于要维持一个大小顺序,每次计算出序列头的三个数值,然后取最小的值加入待生成的丑数序列,然后将序列对应的偏移往后移,指向下一个丑数(即a的next),类似于三个链表的合并。

class Solution {
public:
	int nthUglyNumber(int n) {
		vector<int> dp(n, 1);
		int i2, i3, i5;
		i2 = i3 = i5 = 0;
		int t = n - 1;
		while (t){
			int m2 = dp[i2] * 2;
			int m3 = dp[i3] * 3;
			int m5 = dp[i5] * 5;
			int m = min(m2, min(m3, m5));
			if (m2 == m)
				i2++;
			if (m3 == m)
				i3++;
			if (m5 == m)
				i5++;
			dp[n - t] = m;
			t--;
		}
		return dp[n - 1];
	}
};






在Python中实现寻找丑数的函数,可以利用动态规划的思想。丑数的定义是只包含质因子2、3和5的正整数,且通常1被认为是第一个丑数。根据题目的思路,每一个新的丑数都是由之前的某个丑数乘以2、3或5得到的。因此,我们可以维护三个指针,分别对应乘以2、乘以3和乘以5的情况,每次迭代选出这三个数中的最小值作为下一个丑数,同时更新指针。以下是具体的实现步骤和代码: 参考资源链接:[剑指Offer:丑数(Python)](https://wenku.csdn.net/doc/64530762fcc539136803da9f?spm=1055.2569.3001.10343) 1. 初始化一个数组用于存储丑数,首先存入第一个丑数1。 2. 初始化三个指针i2、i3、i5,分别表示当前乘以2、乘以3、乘以5的丑数在数组中的位置,初始值为0。 3. 初始化变量nextUglyNumber为第一个丑数1。 4. 对于第n个丑数,从nextUglyNumber开始,进行以下步骤直到找到第n个丑数: a. 计算出数组中乘以2、乘以3、乘以5后的候选丑数。 b. 从这三个候选丑数中选出最小的一个,作为下一个丑数。 c. 更新对应的指针i2、i3、i5,使其指向选出的丑数在数组中的位置。 d. 更新变量nextUglyNumber为选出的最小丑数。 5. 返回第n个丑数。 下面是根据上述步骤实现的Python函数: ```python def nthUglyNumber(n): if n <= 0: return 0 ugly_numbers = [1] i2 = i3 = i5 = 0 next_ugly = 1 for _ in range(1, n): next_ugly = min(ugly_numbers[i2] * 2, ugly_numbers[i3] * 3, ugly_numbers[i5] * 5) ugly_numbers.append(next_ugly) if next_ugly == ugly_numbers[i2] * 2: i2 += 1 if next_ugly == ugly_numbers[i3] * 3: i3 += 1 if next_ugly == ugly_numbers[i5] * 5: i5 += 1 return ugly_numbers[-1] ``` 以上代码定义了一个函数nthUglyNumber,通过动态规划的方式计算第n个丑数。该实现方式简洁高效,能够直接解决问题。 结合问题及辅助资料,建议在阅读《剑指Offer:丑数(Python)》一书时,特别关注其中关于动态规划和问题解决策略的讲解。书中的题目和解答将帮助你更深入地理解丑数问题,并掌握如何使用动态规划解决此类问题。当理解了动态规划的基础概念后,你可以尝试解决更复杂的编程挑战,进一步提升你的编程能力。 参考资源链接:[剑指Offer:丑数(Python)](https://wenku.csdn.net/doc/64530762fcc539136803da9f?spm=1055.2569.3001.10343)
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