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  • 不要被阶乘吓倒[转]

    http://www.kuqin.com/algorithm/20080505/7874.html

    阶乘(Factorial)是个很有意思的函数,但是不少人都比较怕它,我们来看看两个与阶乘相关的问题:

    1.   给定一个整数N,那么N的阶乘N!末尾有多少个0呢?例如:N=10,N!=3 628 800,N!的末尾有两个0。

    2.   求N!的二进制表示中最低位1的位置。

    解答:

    有些人碰到这样的题目会想:是不是要完整计算出N!的值?如果溢出怎么办?事实上,如果我们从“哪些数相乘能得到10”这个角度来考虑,问题就变得简单了。

    首先考虑,如果N!= K×10M,且K不能被10整除,那么N!末尾有M个0。再考虑对N!进行质因数分解,N!=(2x)×(3y)×(5z)…,由于10 = 2×5,所以M只跟XZ相关,每一对2和5相乘可以得到一个10,于是M = min(XZ)。不难看出X大于等于Z,因为能被2整除的数出现的频率比能被5整除的数高得多,所以把公式简化为M = Z

    根据上面的分析,只要计算出Z的值,就可以得到N!末尾0的个数。

    【问题1的解法一】

    要计算Z,最直接的方法,就是计算i=1, 2, …, N)的因式分解中5的指数,然后求和:

    代码清单2-6

     1 ret = 0;
     2 for(i = 1; i <= N; i++)
     3 {
     4     j = i;
     5     while(j % 5 ==0)
     6     {
     7         ret++;
     8         j /= 5;
     9     }
    10 }

    【问题1的解法二】

    公式:Z = [N/5] +[N/52] +[N/53] + …(不用担心这会是一个无穷的运算,因为总存在一个K,使得5K > N,[N/5K]=0。)

    公式中,[N/5]表示不大于N的数中5的倍数贡献一个5,[N/52]表示不大于N的数中52的倍数再贡献一个5,……代码如下:

    1 ret = 0;
    2 while(N)
    3 {
    4     ret += N / 5;
    5     N /= 5;
    6 }

    问题2要求的是N!的二进制表示中最低位1的位置。给定一个整数N,求N!二进制表示的最低位1在第几位?例如:给定N = 3,N!= 6,那么N!的二进制表示(1 010)的最低位1在第二位。

    为了得到更好的解法,首先要对题目进行一下转化。

    首先来看一下一个二进制数除以2的计算过程和结果是怎样的。

    把一个二进制数除以2,实际过程如下:

    判断最后一个二进制位是否为0,若为0,则将此二进制数右移一位,即为商值(为什么);反之,若为1,则说明这个二进制数是奇数,无法被2整除(这又是为什么)。

    所以,这个问题实际上等同于求N!含有质因数2的个数。即答案等于N!含有质因数2的个数加1。

    【问题2的解法一】

    由于N! 中含有质因数2的个数,等于 N/2 + N/4 + N/8 + N/16 + …[1]

    根据上述分析,得到具体算法,如下所示:

    代码清单2-7

     1 int lowestOne(int N)
     2 {
     3     int Ret = 0;
     4     while(N)
     5     {
     6         N >>= 1;
     7         Ret += N;
     8     }
     9     return Ret;
    10 }

    【问题2的解法二】

    N!含有质因数2的个数,还等于N减去N的二进制表示中1的数目。我们还可以通过这个规律来求解。

    下面对这个规律进行举例说明,假设 N = 11011,那么N!中含有质因数2的个数为 N/2 + N/4 +N/8 + N/16 + …

    即: 1101 + 110 + 11 + 1

                        =(1000 + 100 + 1)

                        +(100 + 10)

                        +(10 + 1)

                        + 1

                        =(1000 + 100+ 10 + 1)+(100 + 10 + 1)+ 1

                        = 1111 + 111 + 1

                        =(10000 -1)+(1000 - 1)+(10-1)+(1-1)

                        = 11011-N二进制表示中1的个数

    小结

    任意一个长度为m的二进制数N可以表示为N = b[1] + b[2] * 2 + b[3] * 22 + … + b[m] * 2(m-1),其中b [ i ]表示此二进制数第i位上的数字(1或0)。所以,若最低位b[1]为1,则说明N为奇数;反之为偶数,将其除以2,即等于将整个二进制数向低位移一位。

    相关题目

    给定整数n,判断它是否为2的方幂(解答提示:n>0&&((n&(n-1))==0))。

     ----------------------------------------

    [1]  这个规律请读者自己证明(提示N/k,等于1, 2, 3, …, N中能被k整除的数的个数)。

     网友: Bleakxanadu

    1、分解出N!中素数5的个数;

    2、分解出N! 中2的个数

    网友: jijunchao@gmail

     

    今天上午上课又想了想这个问题,对第二个问题也有解法了。

    第一题:0的个数等于n/5;

    第二题:对于二进制的乘法,要求最低位1的位置,也就是求末尾有几个0,根据乘法规则,只有乘数末尾带有0,结果才会增加0,也就是偶数参与乘法时,末尾的0才会增加。而且还有个规律,对于2的n次方,它的阶乘二进制中最低位1的位置就等于它本身,例如,4的阶乘为24,表示为11000,最低位1的位置从右边算起就是第4位。根据这一规律,我写了一个小算法来求出最低位1的位置,要求输入n,输出1的位置。

     1 int find(int n) 
     2 { 
     3          int out,i;
     4          if(n==1)       //1!=1
     5                    out=1;
     6          else if(n==2)  //2!=2  二进制10
     7                    out=2;
     8          else if(n==0) //0!=1,如果我没记错的话...
     9                    out=1;
    10          else
    11          {
    12                    for(i=1;!(n/(i*=2)<2););  //求出最逼近n是2的几次方
    13                    out=i-1+find(n%i);        //然后递归求输出位置
    14          }
    15          return out;
    16 }  
    17 void main()
    18 {
    19          int   i = 6;
    20          printf("%d",find(i));
    21         getchar();  
    22 }

    程序验证过应该是正确的。

    不过说真的,这个问题如果出现在面试里面,我很可能答不出来,这要求对二进制运算比较熟悉,看来想去微软实习还得努力啊,给自己鼓劲!

    期待《编程之美》,倒计时2天^_^

    欢迎联系jijunchao@yahoo.com.cn,希望不吝赐教。

    您也可以访问www.miniuml.cn,是我以前做的一个uml建模工具,是我本科的主要工作成果之一。

    网友: ZXEOC

    1、当1<=N<=4的时候N!末尾没有0,当5<=N<=9的时候N!末尾有1个0,当10<=N<=14的时候N!末尾有2个0,以此类推

    原因:只有5的倍数与偶数相乘以及10的倍数会给最终结果的末尾加上0,而5的倍数比偶数少(偶数就是2的倍数嘛),所以只要计算有多少个5和0结尾的数参与乘法就行了,结果是N/5向下取整

    2、假设最低位的1在第x位上,由于是二进制,所以这个数是2的x-1次方的奇数倍(如果是偶数倍,最低位1的位置就会向前移),换句话说,就是把N!不断除以2,一直到结果为奇数,然后算算除了多少次,+1就是结果了

    网友: ZXEOC

    “这个规律请读者自己证明(提示N/k,等于1, 2, 3, …, N中能被k整除的数的个数)。”

    这个很简单,由于1……N是连续的整数数列,而连续的k个数中必然有且只有一个数可以被k整除,把N/k看成计算把1……N的数列从头切割成多少个连续k个数的数列就行了

    “给定整数n,判断它是否为2的方幂”

     网友: ZXEOC

    “给定整数n,判断它是否为2的方幂”

    这个只要把n转成二进制就行了吧,2的幂的话,二进制表示一定是只有前面一个1,后面都是0的

    PS:2就是二进制里的“10”,所以这道题就跟求“一个十进制数是不是10的幂”一个道理

    网友: Stupidmxx

    第一题应该是N/5+N/25+N/125+...嘛

    int countOfZero(int N) {

      int base = 5, div = 5, cnt = 0;

      while(div <= N) {

        cnt += N / div;

        div *= base;

      }

      return cnt;

    }

    第二题转下思路就变成求N的阶乘分解因子后2的个数了,把上面程序的base和div改成2就OK了。不过考虑到除2的特殊性,可以改写成如下版本:

    int countOfTwo(int N) {

      int cnt = 0, tem = N;

      while(tem != 0) {

        cnt += tem >> 1;

      }

      return cnt;

    }

    来自:http://www.msra.cn/Articles/ArticleItem.aspx?Guid=a2cdc9c6-4a40-49ca-8765-1d0299367814

     http://www.blogjava.net/Jack2007/archive/2008/10/18/235152.html

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