算法练习题24——查找杨辉三角中的组合数

题目描述

杨辉三角中的每个元素是一个组合数。第 ( i ) 行的第 ( j ) 个元素表示组合数 ( C(i, j) ) ,即从 ( i ) 个元素中选 ( j ) 个元素的组合方式。已知一个正整数 ( N ),要求在杨辉三角中找到这个数,并输出它在杨辉三角中的具体位置。位置可以以第几行第几个元素的形式给出,或者将整个杨辉三角按顺序展开,输出 ( N ) 是展开后的第几个数。

输入

        一个整数 ( N ) 

输出

        输出整数 ( N ) 在杨辉三角中对应的位置,形式为:第几行的第几列,或者杨辉三角中的第几个元素。

解法一:逐项递推法

逐项递推法通过逐行计算杨辉三角中的所有组合数,直到找到目标数 ( N )。它直接从杨辉三角的第 0 行开始,依次计算每一行的组合数。

代码

import java.util.Scanner;

public class FindInPascalTriangleByIteration {

    public static void main(String[] args) {
        // 读取输入的目标数 N
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int N = scanner.nextInt();
        scanner.close();
        
        // 初始化位置计数,第0行第0列对应的位置为1
        int position = 1;

        // 遍历杨辉三角的每一行
        for (int i = 0; ; i++) {
            // 初始化当前行的第一个组合数C(i, 0) = 1
            long result = 1;
            // 遍历当前行的每一个元素 (即计算 C(i, j) 的值)
            for (int j = 0; j <= i; j++) {
                // 如果找到目标数N,则输出当前行和列的位置,并结束程序
                if (result == N) {
                    System.out.println(i + " " + j);  // 输出行号i和列号j
                    return;  // 结束程序
                }
                
                // 更新位置计数,表示组合数在杨辉三角中的顺序
                position++;

                // 计算下一个组合数C(i, j+1) 使用递推公式
                // result = C(i, j) = C(i, j-1) * (i - j) / (j + 1)
                if (j < i) {
                    result = result * (i - j) / (j + 1);
                }
            }
        }
    }
}

解法二:二分查找法

二分查找法利用了组合数在每一行中先递增后递减的特性,可以对每一行中的组合数进行二分查找,快速定位目标数 ( N )。

代码

import java.util.Scanner;

public class FindInPascalTriangleByBinarySearch {

    public static void main(String[] args) {
        // 读取输入的目标数 N
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int N = scanner.nextInt();
        scanner.close();
        
        // 初始化位置计数
        int position = 1;  // 从第一元素开始计数
        
        // 遍历杨辉三角的行数
        for (int i = 0; ; i++) {
            // 如果这一行的中间最大值都比 N 小,则跳过这一行
            if (comb(i, i / 2) < N) {
                position += i + 1;  // 更新跳过的元素位置
                continue;
            }
            
            // 在这一行中使用二分查找来查找目标数 N
            int left = 0;
            int right = i / 2;  // 只需要在行的左半部分查找
            while (left <= right) {
                int mid = left + (right - left) / 2;
                int value = comb(i, mid);  // 计算组合数 C(i, mid)
                
                if (value == N) {
                    System.out.println(i + " " + mid);  // 输出行号 i 和列号 mid
                    return;  // 结束程序
                } else if (value < N) {
                    left = mid + 1;  // 在右半部分继续查找
                } else {
                    right = mid - 1;  // 在左半部分继续查找
                }
            }
            
            // 如果当前行没有找到目标数,更新位置计数
            position += i + 1;
        }
    }

    // 计算组合数 C(i, j)
    private static int comb(int i, int j) {
        long result = 1;
        for (int k = 0; k < j; k++) {
            result = result * (i - k) / (k + 1);  // 递推公式计算 C(i, j)
        }
        return (int) result;  // 返回组合数值
    }
}

总结

        逐项递推法适合处理较小的数据量,计算较为直观,但当杨辉三角行数较大时,效率较低。

        二分查找法利用组合数的单调性,显著提高查找效率,适合处理较大的数据范围。

这两种解法在不同场景下都可以使用,二分查找法尤其适合大规模数据下的查找问题。

你可能感兴趣的:(算法,数据结构,java,二分,递推,杨辉三角)