题:给定一个整数N,求出N!末尾有多少个零,比如N=10,N!=3628800,10!末尾有两个零。
首先温固一下阶乘的相关知识!
阶乘(factorial)是基斯顿·卡曼(Christian Kramp, 1760 – 1826)于1808年发明的运算符号。阶乘,也是数学里的一种术语。
任何大于1的自然数n阶乘表示方法:n!=1×2×3×……×n 或n!= n×(n-1)!
0!=1,注意(0的阶乘是存在的).
双阶乘:
当n为奇数时表示不大于n的所有奇数的乘积 如:7!!=1×3×5×7
当n为偶数时表示不大于n的所有偶数的乘积(除0外) 如:8!!=2×4×6×8
小于0的整数-n的阶乘表示:
(-n)!= 1 / (n+1)!
双阶乘是怎么提出来的,是根据阶乘推导出来的吗?这点百思不解?
然后理一下本题的解题思路:
N个自然数相乘,结尾0的个数,依赖有多少个10相乘(有两个10相乘,结尾0的个数就为2),10=2×5,则可以理解为结尾0的个数依赖因子中2的个数和5的个数,而对于连续的自然数来说,2出现的频率比5高的多,所以最终只需要计算出因子中5的个数,即为答案。
把想法整理为JAVA代码,如下所示:
解题思路一:分析阶乘因子中的每一个数,计算其包含5的个数,最后求总和
private int zeroNum(int n){
int ret = 0;
for(int i=1;i<=n;i++){
int j=i;
while(j%5 == 0){
ret++;
j/=5;
}
}
return ret;
}
时间复杂度为:Nlog5N
解题思路二:
令f(x)表示正整数x末尾所含有的“0”的个数,则有:
当0 < n < 5时,f(n!) = 0;
当n >= 5时,f(n!) = k + f(k!), 其中 k = n / 5(取整)
下面对这个结论进行证明:
(1) 当n < 5时, 结论显然成立。
(2) 当n >= 5时,令n!= (5k * 5(k-1) * ... * 10 * 5) * a,其中 n = 5k + r (0 <= r <= 4),a是一个不含因子“5”的整数。
对于序列5k, 5(k-1), ..., 10, 5中每一个数5i(1 <= i <= k),都含有因子“5”,并且在区间 [5(i-1), 5i] (1 <= i <= k)内存在偶数,也就是说,a中存在一个因子“2”与5i相对应。即,这里的k个因子“5”与 n!末尾的k个“0”一一对应。
n!= (5k * 5(k-1) * ... * 10 * 5) * a = (5k * k!) *a
令f(x)表示正整数x末尾所含有的“0”的个数, g(x)表示正整数x的因式分解中因子“5”的个数,则利用上面的的结论有:
f(n!) = g(n!) = g(5k * k!* a) =g(5k * k!)= k + g(k!) = k + f(k!)
所以,最终的计算公式为:
当0 < n < 5时,f(n!) = 0;
当n >= 5时,f(n!) = k + f(k!), 其中 k = n / 5(取整)。
public int method02(int n){
int ret = 0;
if(n<5){
return ret;
}
int k = n/5;
return k + method02(k);
}
时间复杂度为:log5N
解题思路三:
乘积末尾的0的个数依赖于因子中的2的个数和5的个数。对于阶乘来说,每2个数字就至少有一个2的因子,所以2的因子是足够的。5的因子相对少些,至少连续5个数才能保证一定出现一个。注意,这里连续5个书保证出现一个5的因子是指最少的情况。比如1,2,3,4,5,这就只会出现一个。但是考虑 21,22,23,24,25,25 = 5 * 5,所以如果乘以25那就能得到2个5的因子。依次会有3个5的因子…
所以n!中5的个数的计算是:[n/5]+[n/(5*5)]+[n/(5*5*5)]+....
public int method03(int n){
int ret = 0;
int baseNum = 5;
while (n >= baseNum)
{
ret += n/baseNum;
baseNum *= 5;
}
return ret;
}
时间复杂度为:log5N
对于解法二和解法三,我这里写的时间复杂度都为log5N ,但实际验证,解法三比解法二更高效,所以不知道是否时间复杂度写的有问题?高人求解!!!
后记(顿悟):
算法三之所以优于算法二,因为算法二是用到递归算法,递归一系列的函数调用,而函数的调用开销是很大的,系统要为每次函数调用分配存储空间,并将调用点压栈予以记录。而在函数调用结束后,还要释放空间,弹栈恢复断点。所以说,函数调用不仅浪费空间,还浪费时间。所以算法三在时间复杂度和空间复杂度上是优于算法二的。
2013.6.20
参考资料:
http://blog.csdn.net/chn_cf/article/details/6541281
http://www.chinaunix.net/old_jh/23/926848.html
http://www.pureweber.com/article/recursive-power-4/
《编程之美》