剑指offer算法题033：丑数

小编在求职找找工作期间剑指offer上的算法题刷了很多遍，并且每道题小编当时都总结了一种最适合面试时手撕算法的最优解法。考虑到剑指offer算法题在面试中的高频出现，小编每天和大家分享一道剑指offer上的算法题，以及小编总结的答案。下面是第033道剑指offer算法题：

题目描述

把只包含质因子2、3和5的数称作丑数（Ugly Number）。例如6、8都是丑数，但14不是，因为它包含质因子7。习惯上我们把1当做是第一个丑数。求按从小到大的顺序的第N个丑数。

分析

通俗易懂的解释：

首先从丑数的定义我们知道，一个丑数的因子只有2,3,5，那么丑数p = 2 ^ x * 3 ^ y * 5 ^ z，换句话说一个丑数一定由另一个丑数乘以2或者乘以3或者乘以5得到，那么我们从1开始乘以2,3,5，就得到2,3,5三个丑数，在从这三个丑数出发乘以2,3,5就得到4，6,10,6，9,15,10,15,25九个丑数，我们发现这种方***得到重复的丑数，而且我们题目要求第N个丑数，这样的方法得到的丑数也是无序的。那么我们可以维护三个队列：
（1）丑数数组：1
乘以2的队列：2
乘以3的队列：3
乘以5的队列：5
选择三个队列头最小的数2加入丑数数组，同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列；
（2）丑数数组：1,2
乘以2的队列：4
乘以3的队列：3，6
乘以5的队列：5，10
选择三个队列头最小的数3加入丑数数组，同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列；
（3）丑数数组：1,2,3
乘以2的队列：4,6
乘以3的队列：6,9
乘以5的队列：5,10,15
选择三个队列头里最小的数4加入丑数数组，同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列；
（4）丑数数组：1,2,3,4
乘以2的队列：6，8
乘以3的队列：6,9,12
乘以5的队列：5,10,15,20
选择三个队列头里最小的数5加入丑数数组，同时将该最小的数乘以2,3,5放入三个队列；
（5）丑数数组：1,2,3,4,5
乘以2的队列：6,8,10，
乘以3的队列：6,9,12,15
乘以5的队列：10,15,20,25
选择三个队列头里最小的数6加入丑数数组，但我们发现，有两个队列头都为6，所以我们弹出两个队列头，同时将12,18,30放入三个队列；
……………………
疑问：
1.为什么分三个队列？
丑数数组里的数一定是有序的，因为我们是从丑数数组里的数乘以2,3,5选出的最小数，一定比以前未乘以2,3,5大，同时对于三个队列内部，按先后顺序乘以2,3,5分别放入，所以同一个队列内部也是有序的；
2.为什么比较三个队列头部最小的数放入丑数数组？
因为三个队列是有序的，所以取出三个头中最小的，等同于找到了三个队列所有数中最小的。
实现思路：
我们没有必要维护三个队列，只需要记录三个指针显示到达哪一步；“|”表示指针,arr表示丑数数组；
（1）1
|2
|3
|5
目前指针指向0,0,0，队列头arr[0] * 2 = 2, arr[0] * 3 = 3, arr[0] * 5 = 5
（2）1 2
2 |4
|3 6
|5 10
目前指针指向1,0,0，队列头arr[1] * 2 = 4, arr[0] * 3 = 3, arr[0] * 5 = 5
（3）1 2 3
2| 4 6
3 |6 9
|5 10 15
目前指针指向1,1,0，队列头arr[1] * 2 = 4, arr[1] * 3 = 6, arr[0] * 5 = 5
………………

public class Solution {
    public int GetUglyNumber_Solution(int index) {
        if(index<=0)    return 0;
​
        int[] array = new int[index];
        array[0] = 1;
​
        final int[] factor = new int[]{2,3,5};
​
        int[] multi_index = new int[]{0,0,0};//存储的是与2,3,5相乘的因子在array中的下标
        int i = 1;//准备计算第一个丑数 array[1]
​
        while(i<index){
            int min = findMin(array,factor,multi_index);
​
            int tmp = factor[min]*array[multi_index[min]];
            if(tmp>array[i-1])//去重
                array[i++] = tmp;
            multi_index[min] =multi_index[min]+1;
        }
​
        return array[index-1];
    }
    private int findMin(int[] array,int[] factor,int[] multi_index){
        int a = factor[0]*array[multi_index[0]];
        int b = factor[1]*array[multi_index[1]];
        int c = factor[2]*array[multi_index[2]];
​
        int min = Math.min(a,(Math.min(b,c)));
        return min==a?0:(min==b?1:2);
​
    }
}

注：在牛客网上刷剑指offer题目时，最好使用牛客网自带的编辑器，不建议使用IDE的代码补全功能，因为实际面试中是在A4纸上手写代码，是没有代码提示的。

有些题你看懂了，不代表你会了。看答案前或者看完答案第二天，动手在A4纸上写写代码就知道自己是不是真的会了。
每天分享一道剑指offer算法题目，并且有最适合面试手撕算法环节的解法分享，欢迎大家关注我们~

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