Leetcode50. Pow(x, n)

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题目来源:50. Pow(x, n)

解法1:递归

代码:

/*
 * @lc app=leetcode.cn id=50 lang=cpp
 *
 * [50] Pow(x, n)
 */

// @lc code=start
class Solution
{
public:
    double myPow(double x, int n)
    {
        if (n == 0)
            return 1.0;
        if (n < 0)
            return myPow(1.0 / x, abs(n));
        return x * myPow(x, n - 1);
    }
};
// @lc code=end

结果:超时

Leetcode50. Pow(x, n)_第1张图片

复杂度分析:

时间复杂度:O(n),即为递归的层数。

空间复杂度:O(n),即为递归的层数。这是由于递归的函数调用会使用栈空间。

解法2:快速幂 + 递归

「快速幂算法」的本质是分治算法。举个例子,如果我们要计算 x64,我们可以按照:

x → x2 → x4 → x8 → x16 → x32 → x64

的顺序,从 x 开始,每次直接把上一次的结果进行平方,计算 6 次就可以得到 x64 的值,而不需要对 x 乘 63 次 x。

再举一个例子,如果我们要计算 x77 ,我们可以按照:

x → x2 → x4 → x9 → x19 → x38 → x77

的顺序。在x → x2、x2 → x4、x19 → x38 这些步骤中,我们直接把上一次的结果进行平方,而在 x4 → x9、x9 → x19、x38 → x77 这些步骤中,我们把上一次的结果进行平方后,还要额外乘一个 x。

直接从左到右进行推导看上去很困难,因为在每一步中,我们不知道在将上一次的结果平方之后,还需不需要额外乘 x。但如果我们从右往左看,分治的思想就十分明显了:

  • 当我们要计算 xn 时,我们可以先递归地计算出 y = x⌊n/2⌋
  • 根据递归计算的结果,如果 n 为偶数, xn = y2;如果 n 为奇数, xn = y2 * x;
  • 递归的边界为 n = 0,任意数的 0 次方均为 1。

由于每次递归都会使得指数减少一半,因此递归的层数为 O(logn),算法可以在很快的时间内得到结果。

代码:

/*
 * @lc app=leetcode.cn id=50 lang=cpp
 *
 * [50] Pow(x, n)
 */

// @lc code=start
class Solution
{
public:
    double quickMul(double x, int n)
    {
        if (n == 0)
            return 1.0;
        double y = quickMul(x, n / 2);
        if (n % 2 == 0)
            return y * y;
        else
            return y * y * x;
    }
    double myPow(double x, int n)
    {
        if (n >= 0)
            return quickMul(x, n);
        else
            return quickMul(1.0 / x, abs(n));
    }
};
// @lc code=end

结果:

Leetcode50. Pow(x, n)_第2张图片

复杂度分析:

时间复杂度:O(logn),即为递归的层数。

空间复杂度:O(logn),即为递归的层数。这是由于递归的函数调用会使用栈空间。

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