34、丑数

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。

一开始最直观的的想法就是写出一个函数,输入数字能够判断是不是丑数。然后一直遍历所有的数字,一直到第N个丑数出现为止。
但是太耗时间。

解决办法:用空间换时间

因为太耗时间,于是我们想到用空间换时间的方式。我们发现,丑数可以由另外的丑数计算而来。比如,8由4乘以2得到。
因此

  • 1、我们需要开辟空间,存储已有的丑数序列。
  • 2、用已有的丑数序列,计算得到下一个丑数。
    比如此时我们有丑数序列[1,2,3,4,5],想要计算下一个丑数,那么我们就让已有的丑数序列每个数字都乘以2,3,5,得到三个序列,然后从这三个序列中,去掉已经存在的丑数,剩下的最小值,就是下一个丑数。
还能改进:

那么每次为了得到一个新的丑数,都需要用已有的丑数序列乘以2,3,5然后去重,筛选出最小的值吗?显然有很多是重复计算了的。

剑指offer的方法中指出,我们只需要找出特定的三个数字,然后用这三个数字分别乘以2,3,5得到三个数,选择其中最小值即可。

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那么怎么确定这三个数呢?
因为上面已经说了,如果用所有的已有丑数乘以2,3,5会造成重复,那么从哪里开始,就不重复了呢?
比如上述的丑数序列中,乘以2为例,我们可以发现:

  • 1,2,乘以2得到的值是重复的。
  • 3乘以2等于6大于5。
  • 4,5乘以2,都大于6了,肯定不会是下一个丑数了。
    从上面我们能够发现,丑数数列乘以2为例,小于3的数字乘以2会重复,大于3的数字乘以2也没有什么用,那么就可以确定,只用一个数字3就能得到新的丑数的候选值。同样的,对于丑数数列乘以3,乘以5,会根据已有丑数2,2,得到丑数的候选值6,10.
    很明显,我们会选候选值中最小的6作为新的丑数。

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由上解释,可以知道改进方法,在乘以2时,用丑数中每个数乘以2,当得到的值刚大于序列中最大值M时,就把该值记作M2。同理,丑数序列中每个数乘以3,乘以5,得到M3,M5。然后选择其中最小的数作为新的丑数。就这样一直到第N个丑数。

综上,就是用一个长度为N的数列来存储N个丑数,达到以空间换时间的目的。

代码实现:

# -*- coding:utf-8 -*-
class Solution:
    def GetUglyNumber_Solution(self, index):
        if index == 0:
            return 0
        if index == 1:
            return 1

        #初始化丑数序列
        res = [1]
        for i in range(1,index):
            #根据已有丑数序列,得到新的三个丑数候选值
            M2_index = 0
            M3_index = 0
            M5_index = 0
            while res[M2_index]*2 <= res[-1]:
                M2_index += 1
            M2 = res[M2_index]*2

            while res[M3_index]*3 <= res[-1]:
                M3_index += 1
            M3 = res[M3_index]*3

            while res[M5_index]*5 <= res[-1]:
                M5_index += 1
            M5 = res[M5_index]*5

            #添加新的丑数
            res.append(min(M2,M3,M5))

        return res[-1]

S = Solution()
S.GetUglyNumber_Solution(6)

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