什么是丑数:
一个数的因子只包含2,3,5的数称为丑数。数字1特别对待也看作是丑数,所以从1开始的10个丑数分别为1,2,3,4,5,6,8,9,10,12。
因子的概念:
整数m除以n,得到无余数的商,则称n是m的一个因子。如8的因子有1、2、4、8。而丑数要求的因子只包含2、3、5。所以丑数中的因子应理解为质因子。即因子为质数,质数又称素数,指一个大于1的自然数,除了1和它自身外,不能被其他自然数整除的数。与质数相对应的数称为合数。
现在要求写一个程序,输出从1开始的第N个丑数。如第一个丑数为1,第二个丑数为2,第十个丑数为12
判断是否是丑数的算法:
设待判断整数位M,M循环除以2直到不能整除,此时接着循环除以3直到不能整除,接着循环除以5直到商为1或者不能整除为止。商为1且余数为0则为丑数,否则为非丑数。
如:丑数12
12/2 = 6
6/2 = 3;
3/2 不能整除
3/3 = 1; 结束,12是丑数
非丑数26
26/2 = 13
13/2 不能整除
13/3 不能整除
13/5 不能整除
结束,26不是整数
寻找丑数算法1:
(1)设置一个计数器用来统计出现的丑数的个数
(2)从1开始遍历每一个整数,判断是否是丑数,如果是丑数则计数器加1,否则遍历下一个整数。
(3)当计数器的值=N时,停止遍历,输出丑数。
#include
#include
#include
int isUgly(int number){ //判断number是否是丑数
while(number%2==0){ //判断数能否被2整除
number=number/2;
}
while(number%3==0){ //判断数能否被3整除
number=number/3;
}
while(number%5==0){ //判断数能否被5整除
number=number/5;
}
if(number == 1) //
return 1;
else
return 0;
}
int findUgly(int N){ //寻找从1开始的第N个丑数
int count=0; //用于计数
int number=1; //从1开始遍历
while(1){
if(isUgly(number)){ //如果number是丑数计数器加1
count++;
}
if(count == N) //找到第N个丑数,返回丑数
return number;
else
number++;
}
}
void main(){
int N=0;
scanf("%d",&N);
clock_t start = clock();
printf("%d\n",findUgly(N));
clock_t stop = clock();
printf("耗时:%lf\n",(double)(stop - start) / CLOCKS_PER_SEC);
}
上面算法从1开始遍历,来寻找第N个丑数,当N很大时花费的时间会很多。当N为1400的时候消耗23秒,随着N的增大,耗时相当严重
寻找丑数算法2:
想办法从上一个丑数推断出下一个丑数,而不需要从1开始遍历再判断。从1开始的10个丑数分别为1,2,3,4,5,6,8,9,10,12。可以发现除了1以外,丑数都是由某个丑数*2或者*3或者*5得到的。如2是丑数1*2得到的,3是丑数1*3得到的,4是丑数1*4得到的,5是丑数1*5得到的,6是丑数2*3得到的……
具体算法步骤:
(1)从第一个丑数1开始,求出1*2=2 ,1*3=3 ,1*5 = 5;
(2)取上面乘积中大于1的最小值2,作为第二个丑数(丑数是个递增序列,所以第i+1个丑数一定比第i个丑数)
(3)求丑数2之前的丑数与2、3、5的乘积:1*2=2 ,1*3=3 ,1*5 = 5; 2*2 = 4; 2*3 = 6; 2*5 =10;
(4)取上面乘积中大于2的最小值3,作为第三个丑数
……
……
(i)取出丑数i之前的丑数分别与2、3、5的乘积
(i+1)取乘积中大于i的最小值作为丑数
(i+2)重复(i)(i+1)的步骤直到计数器等于N
#include
#include
#include
#define MaxLen 99999
//用于求出3个数的最小值
int compare(int chenTwo,int chenThree,int chenFive){
if(chenTwo <=chenThree){
if(chenTwo <= chenFive)
return chenTwo;
else
return chenFive;
}
else if(chenThree <= chenFive)
return chenThree;
else
return chenFive;
}
//找出第N个丑数
int findUgly(int N){
int ugly[MaxLen]={1}; //用于保存丑数的数组,将丑数1存入数组中
int count=1; //数组中仅有丑数1,所以计数器为1
while(1){
int chenTwo = 0;
int chenThree = 0;
int chenFive = 0;
/*
ugly数组中最新的一个丑数为ugly[count-1],
ugly[count-1]之前的丑数与2相乘,
求出第一个乘积大于ugly[count-1]的值保存在chenTwo中
*/
for(int i = 0 ; i < count ; i++){
if(ugly[i]*2 >ugly[count-1]){
chenTwo = ugly[i]*2;
break;
}
}
/*
ugly数组中最新的一个丑数为ugly[count-1],
ugly[count-1]之前的丑数与3相乘,
求出第一个乘积大于ugly[count-1]的值保存在chenThree中
*/
for(i = 0 ; i < count ; i++){
if(ugly[i]*3 >ugly[count-1]){
chenThree = ugly[i]*3;
break;
}
}
/*
ugly数组中最新的一个丑数为ugly[count-1],
ugly[count-1]之前的丑数与5相乘,
求出第一个乘积大于ugly[count-1]的值保存在chenFive中
*/
for(i = 0 ; i < count ; i++){
if(ugly[i]*5 >ugly[count-1]){
chenFive = ugly[i]*5;
break;
}
}
//chenTwo,chenThree,chenFive的最小值为新的丑数,存入ugly数组中
ugly[count]=compare( chenTwo, chenThree, chenFive);
count++;
if(count==N) //第N个丑数
return ugly[count-1];
}
}
void main(){
int N=0;
scanf("%d",&N);
clock_t start = clock();
printf("%d\n",findUgly(N));
clock_t stop = clock();
printf("耗时:%lf\n",(double)(stop - start) / CLOCKS_PER_SEC);
}
当输入N=1400时,耗时还不足0.1秒。可见算法2的速度是算法1所不能比拟的,这是用空间来换取效率的结果。