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  • Python解决 从1到n整数中1出现的次数

            最近在看《剑指Offer》,面试题32的题目:输入一个整数n,求从1到n这n个整数的十进制表示中1出现的次数。例如输入12,从1到12这些整数中包含1的数字有1、10、11和12,1一共出现了5次。

           对于书中说的不考虑时间效率的解法很好理解,可以直接完成,但是对于书中介绍的另一种方法,没有理解,于是按照自己的思路进行了分析。

          1位数,1-9中,1一共出现了1次;

          2位数,10-99中,10-19的十位上一共出现了10*1=10次,对于每个十位开头的数字10-19、20-29,每个数个位上出现的是1-9中1出现的次数,共有9个区间9*1=9次;

          3位数,100-999,100-199百位上出现了10**2=100次,对于每个百位数开头,例如100-199,200-299,低位上其实就是0-99这个区间上1出现的次数,一共9个区间 9*19=171次;

          由此推测,对于1-9,10-99,100-999,每个n位数中包含1的个数公式为:

          f(1) = 1

          f(2) = 9 * f(1) + 10 ** 1

          f(3) = 9 * f(2) + 10 ** 2

          f(n) = 9 * f(n-1) + 10 ** (n-1)

          通过以上分析,我们可以确定对于任意一个给定的数,例如23456这个5位数,10000之前的数中包含的个数是确定的了,为f(1)+f(2)+f(3)+f(4),这是一个递归的过程,对此可以求出1-4位中包含1的总数,函数如下所示:

     1 def get_1_digits(n):
     2     """
     3     获取每个位数之间1的总数
     4     :param n: 位数
     5     """
     6     if n <= 0:
     7         return 0
     8     if n == 1:
     9         return 1
    10     current = 9 * get_1_digits(n-1) + 10 ** (n-1)
    11     return get_1_digits(n-1) + current

         通过上面的分析,我们知道了23456中,1-10000之间一共出现了多少个1.下一步需要分析10000-23456中包含的1.

         我们首先把最高位单独拿出来分析一下,求出最高位上1的个数,如果最高位是1,则最高位上一共会出现的1的次数是低位上数字+1,例如12345,最高位上一共出现了2346个1;如果最高位大于1,则会一共出现的次数是10000-19999一共10**4个数。

         然后,根据最高位的不同,计算出该高位前面的相同位数范围中的所有数中1的个数。例如对于34567,需要计算出10000-19999,20000-29999中一的个数,这时候计算一的个数,也就是计算0-9999中1的个数,这就可以转化成上面的f(n)来计算了,调用上面函数可以直接得到,然后用得到的值和最高位和1的差值(这里最高位是3)相乘就可以了。

        分析完上面的部分后,我们现在只剩下最高位后面的部分了,我们发现剩下的部分还是一个整数,例如23456剩下了3456,这时候直接使用递归处理剩下的3456就行了。具体代码如下:

     1 def get_1_nums(n):
     2     if n < 10:
     3         return 1 if n >= 1 else 0
     4     digit = get_digits(n)  # 位数
     5     low_nums = get_1_digits(digit-1)  # 最高位之前的1的个数
     6     high = int(str(n)[0])  # 最高位
     7     low = n - high * 10 ** (digit-1)  # 低位
     8 
     9     if high == 1:
    10         high_nums = low + 1  # 最高位上1的个数
    11         all_nums = high_nums
    12     else:
    13         high_nums = 10 ** (digit - 1)
    14         all_nums = high_nums + low_nums * (high - 1)  # 最高位大于1的话,统计每个多位数后面包含的1
    15     return low_nums + all_nums + get_1_nums(low)

           对于上面使用的get_digits函数,是用来求给定的n是几位数的。代码如下:

    1 def get_digits(n):
    2     # 求整数n的位数
    3     ret = 0
    4     while n:
    5         ret += 1
    6         n /= 10
    7     return ret

          为了比较运行的效率,我用每次遍历循环每个数中1的个数的方法进行了次数比较,发现使用以上方法效率提高了很多的,给定的数越大,效率提升越明显。常规解法如下:

    1 def test_n(num):
    2     # 常规方法用来比较
    3     ret = 0
    4     for n in range(1, num+1):
    5         for s in str(n):
    6             if s == '1':
    7                 ret += 1
    8     return ret

          使用下面的代码进行了测试,发现效率提升非常明显:

    1 if __name__ == '__main__':
    2     test = 9923446
    3     import time
    4     t = time.clock()
    5     print test_n(test)
    6     print time.clock() - t
    7     t1 = time.clock()
    8     print get_1_nums(test)
    9     print time.clock() - t1

        运行结果如下,发现运行速率提升了很多很多倍:

    6970095
    18.284745
    6970095
    0.000223999999999

         对于该问题的实现源代码,请在这里获取。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/qiaojushuang/p/7780445.html
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