（剑指Offer）面试题32：从1到n整数中1出现的次数

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12，一共出现了5次。

思路：

1、累加法

累加1到n中每个整数1出现的次数。

求每个整数1出现的个数：通过对10求余数，判断整数的个位是否为1，如果商不为0，则继续除以10再判断个位数字是否为1.

时间复杂度：O(nlogn)

2、递归

以21345为例，把1到21345的所有数字分为两段，1-1345,1346-21345。

先看1346-21345,1的出现分为两种情况，1出现在最高位，1出现在其他位。

考虑1出现在最高位：从1346到21345的数字中，1出现在10000-19999这10000个数字的万位中，一共出现10000次（最高位大于1的情况下），当最高位为1时，出现1的次数为除去最高位数字后的数字再加1，如1346-11345，最高位出现1的次数为1345+1=1346次。

考虑1出现在其他位：由于最高位是2，因此1346-21345可以分为两段，1346-11345,11346-21345，每一段剩下的4位中，每一位都可以选择为1，共有4种，而其他三位在0-9之间任意选择，因此根据排列组合原则，总共出现的次数是2*4*10^3=6000.

至于1-1345中1出现的次数，通过上述方法递归得到。这也是为什么要分成1-1345和1346-21345两段的原因，因为把21345的最高位去掉就编成1345，便于采用递归的思路。

总结一下以上的分析结果：

1、1出现在最高位：当最高位为1时，次数等于除去最高位后剩下的数字加1，当最高位大于1时，次数等于10的（位数-1）次方；

2、1出现在其他位：次数等于最高位数字*(总位数-1)*10的（剩下位数-1）次方

时间复杂度：

这种思路每次去掉最高位做递归，递归的次数和位数相同。一个数字有O(logn)位，因此时间复杂度为O(logn).

代码：

1、累加法

#include <iostream>

using namespace std;

int numberOf1(int n){
    int count=0;
    while(n){
        if(n%10==1)
            count++;
        n=n/10;
    }
    return count;
}

int numberOf1Between1AndN(unsigned int n){
    int count=0;
    for(unsigned int i=1;i<=n;i++){
        count+=numberOf1(i);
    }
    return count;
}

int main()
{
    cout << numberOf1Between1AndN(12) << endl;
    return 0;
}

2、递归

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

using namespace std;

int PowerBase10(unsigned int n){
    int result=1;
    for(unsigned int i=1;i<=n;i++)
        result*=10;
    return result;
}

int numberOf1_Recursive(const char* strN){
    if(strN==NULL || *strN<'0' || *strN>'9' || *strN=='\0')
        return 0;
    int first=strN[0]-'0';
    unsigned int length=static_cast<unsigned int>(strlen(strN));
    if(length==1 && first==0)
        return 0;
    if(length==1 && first>0)
        return 1;
    int numFirstDigit=0;
    if(first>1)
        numFirstDigit=PowerBase10(length-1);
    else if(first==1)
        numFirstDigit=atoi(strN+1)+1;

    int numOtherDigit=first*(length-1)*PowerBase10(length-2);
    int numRecursive=numberOf1_Recursive(strN+1);

    return numFirstDigit+numOtherDigit+numRecursive;
}

int numberOf1Between1AndN_Recursive(unsigned int n){
    if(n<=0)
        return 0;
    char strN[50];
    sprintf(strN,"%d",n);
    return numberOf1_Recursive(strN);
}

int main()
{
    cout << numberOf1Between1AndN_Recursive(12) << endl;
    return 0;
}

在线测试OJ：

http://www.nowcoder.com/books/coding-interviews/bd7f978302044eee894445e244c7eee6?rp=2

AC代码：

累加法：

class Solution {
public:
    int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n)
    {
        int count=0;
    	for(int i=1;i<=n;i++)
            count+=numberOf1(i);
        return count;
    }

    int numberOf1(int n){
        int count=0;
        while(n){
            if(n%10==1)
                count++;
            n=n/10;
        }
        return count;
    }
};

递归：

class Solution {
public:
    int NumberOf1Between1AndN_Solution(int n)
    {
    	if(n<=0)
            return 0;
        char strN[50];
        sprintf(strN,"%d",n);
        return numberOf1(strN);
    }

    int numberOf1(const char* strN){
        if(strN==NULL || *strN<'0' || *strN>'9' || *strN=='\0')
            return 0;
        int first=strN[0]-'0';
        unsigned int length=static_cast<unsigned int>(strlen(strN));

        if(length==1 && first==0)
            return 0;
        if(length==1 && first>0)
            return 1;

        int numFirstDigit=0;
        if(first>1)
            numFirstDigit=PowerBase10(length-1);
        else if(first==1)
            numFirstDigit=atoi(strN+1)+1;

        int numOtherDigit=first*(length-1)*PowerBase10(length-2);
        int numRecursive=numberOf1(strN+1);

        return numFirstDigit+numOtherDigit+numRecursive;
    }

    int PowerBase10(int n){
        int result=1;
        for(int i=0;i<n;i++)
            result*=10;
        return result;
    }
};