[算法]谷歌笔试题：Beautiful Numbers

题目描述

思路

这道题就是在说，由多个1组成的数是beautiful的，现在想求出r进制中的r，使得给出的数字转换成r进制，得到beautiful的数字，如果有多种方式转换，那么取1的个数最多的那种情况，也就是r最小的情况。

这道题其实就是10进制和r进制的转化，这里就不详述了，但是注意题目中的一点就是给了两种数据集，小数据集的N最大为1000，大数据集的N最大为10^18，大数据集非常棘手。

先看看小数据集的常规思路，就从二进制开始进行循环，每次循环判断一下该进制下进行转换得到的数字是否为beautiful的，见下面第一个代码。这种思路的时间复杂度是NlogN，因为N最大为1000，所以很快。

再看看大数据集，如果我们采用上面那种方式的话，N为10^18，这样带进去差不多是64*10^18的计算，假设计算机1秒执行10^8次计算，这样的耗时也是非常巨大的。

因此对于大数据集的思路是，我们先看一下，10^18的数字，转成二进制，最多的话，也是64个1，所以我们就设开始是64个1，然后递减，计算每次该个数的1能不能由某一进制转换成功。在计算进制的过程中，可以采用二分查找，这样总共的时间复杂度就是logN*logN*logN，相当于64*64*64，还是非常小的。最后因为可能数据溢出，所以用long，用long也可能在计算过程中溢出，所以做了一下处理，这里同样可以采用BigInteger。

代码

小数据集的代码（常规思路）：

package interview.google;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.Scanner;

public class BeautifulNumber {

  public static void main(String[] args) {
    Scanner in = new Scanner(
        new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)));
    int cases = in.nextInt();
    for (int i = 1; i <= cases; ++i) {
      long n = in.nextLong();
      System.out.println("Case #" + i + ": "
          + beautiful(n));
    }
  }

  private static long beautiful(long n) {
    for (long radix = 2; radix < n; radix++) {
      if (isBeautiful(n, radix)) {
        return radix;
      }
    }

    throw new IllegalStateException("Should not reach here.");
  }

  private static boolean isBeautiful(long n, long radix) {
    while (n > 0) {
      if (n % radix != 1) {
        return false;
      }
      n /= radix;
    }
    return true;
  }
}

大数据集的代码（同样适用于小数据集）：

package interview.google;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.Scanner;

public class BeautifulNumberLarge {

  public static void main(String[] args) {
    Scanner in = new Scanner(
        new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)));
    int cases = in.nextInt();
    for (int i = 1; i <= cases; ++i) {
      long n = in.nextLong();
      System.out.println("Case #" + i + ": "
          + beautiful(n));
    }
  }

  private static long beautiful(long n) {
    for (int bits = 64; bits >= 2; bits--) {
      long radix = getRadix(n, bits);
      if (radix != -1) {
        return radix;
      }
    }

    throw new IllegalStateException("Should not reach here.");
  }

  /**
   * Gets radix so that n is 111...1 (bits 1 in total) in that
   * radix.二分查找，最大值需要+1.
   *
   * @return the radix. -1 if there's no such radix.
   */
  private static long getRadix(long n, int bits) {
    long minRadix = 2;
    long maxRadix = n;
    while (minRadix < maxRadix) {
      long m = minRadix + (maxRadix - minRadix) / 2;
      long t = convert(m, bits);
      if (t == n) {
        return m;
      } else if (t < n) {
        minRadix = m + 1;
      } else {
        maxRadix = m;
      }
    }
    return -1;
  }

  /**
   * Returns the value of 111...1 (bits 1 in total) in radix.
   */
  private static long convert(long radix, int bits) {
    long component = 1;
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < bits; i++) {
      if (Long.MAX_VALUE - sum < component) {
        sum = Long.MAX_VALUE;
      } else {
        sum += component;
      }

      if (Long.MAX_VALUE / component < radix) {
        component = Long.MAX_VALUE;
      } else {
        component *= radix;
      }
    }
    return sum;
  }
}