力扣刷题 50.实现 pow(x, n) ,即计算 x 的整数 n 次幂函数(即,x^n )

LeetCode 50.实现 pow(x, n)


文章目录

  • LeetCode 50.实现 pow(x, n)
  • 一、题目描述
  • 二、题解方法
    • 失败方法一
    • 失败方法二
    • 成功方法三


一、题目描述

  实现 pow(x, n) ,即计算 x 的整数 n 次幂函数(即,x^n )。
力扣刷题 50.实现 pow(x, n) ,即计算 x 的整数 n 次幂函数(即,x^n )_第1张图片

二、题解方法

失败方法一

  最直观最容易想到的一个方法,就是通过一个for循环求出结果,代码如下:

class Solution:
    def myPow(self, x: float, n: int) -> float:
        if n < 0:
            x = 1 / x
            n = -n
        if n == 0:
            return 1
        result = 1
        for i in range(n):
            result = result * x
        return result

  代码先判断n是否为负,为负将n转为正,x变为倒数;再确定是否为零,为零则结果为1(任何数的0次方都等于1);最后循环n次,每次乘以x。代码理解简单,普通的测试都能通过,但力扣的测试用例有一组是x=0.00001,n=2147483647(这组数据真的是丧尽天良(ಥ﹏ಥ)),结果显示超出时间限制,不符合要求。
力扣刷题 50.实现 pow(x, n) ,即计算 x 的整数 n 次幂函数(即,x^n )_第2张图片

失败方法二

  进一步想,能不能只算一半,再将结果平方。如果n为奇数,就在平方的基础上乘以一个x。考虑到可以用递归的方法,代码如下:

class Solution:
    def myPow(self, x: float, n: int) -> float:
        if n < 0:
             x = 1 / x
             n = -n
        if n == 0:
            return 1
        if n % 2 == 1:
            return Solution().myPow(x, n//2) * Solution().myPow(x,n//2) * x
        return Solution().myPow(x,n//2) * Solution().myPow(x,n//2)
ret = Solution().myPow(2,-5)
print(ret)

  这个代码大致解释如下:
  (1)当n是奇数时,以n=5举例:
Alt
  (2)当n是偶数时,以n=4举例:
力扣刷题 50.实现 pow(x, n) ,即计算 x 的整数 n 次幂函数(即,x^n )_第3张图片
  本来信心满满,觉得用了递归一定可以过,但依然卡在测试用例x=0.00001,n=2147483647:
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  查找资料,明白了虽然使用了递归,但两种方法的时间复杂度一样,都为O(n)。

成功方法三

  考虑将递归调用合并,仅使用一个递归调用,每次递归操作的数据规模都除以2,这里一共调用log2n次,这样时间复杂度变成O(logn)。代码如下:

class Solution:
    def myPow(self, x: float, n: int) -> float:
        if n < 0:
            x = 1 / x
            n = -n
        if n == 0:
            return 1
        t = Solution().myPow(x, n//2)  # 这里只有一个递归调用
        if n % 2 == 1:
            return t*t*x
        return t*t

  这次改进成功通过!

力扣刷题 50.实现 pow(x, n) ,即计算 x 的整数 n 次幂函数(即,x^n )_第5张图片
  最后看了力扣官方给出的解题方法,觉得给出的第二种方法惊为天人,和大家分享一下,链接:https://leetcode.cn/problems/powx-n/solutions/238559/powx-n-by-leetcode-solution/
  它是将指数n用二进制表示,并发现二进制位为1的位置正是 x 的2幂次的位置,这真的是一个很奇特的规律总结,以规律写出下面的代码,官方给出时间复杂度为O(log⁡n)空间复杂度为O(1)。
  对比上下两张图,发现用时都是44ms,但官方给出的方法内存占用更小。这个方法真的是:妙蛙种子吃着妙脆角妙进了米奇妙妙屋,妙到家了(网友的评价)。

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