本篇文章为大家展示了阶乘相关的算法及其C++实现的示例分析,内容简明扼要并且容易理解,绝对能使你眼前一亮,通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。
阶乘指从1乘以2乘以3乘以4一直乘到所要求的数。C++中的阶乘亦是如此。有关阶乘的算法,不外乎两个方面:一是高精度计算;二是与数论相关。
一。 高精度计算阶乘
这实际上是最没有技术含量的问题,但是又会经常用到,所以还是得编写,优化它的计算。
首先看小于等于12的阶乘计算(计算结果不会超出32位范围):
int factorial(int n) { if (n == 1 || n == 0) return 1; return factorial(n-1)*n; }
这个递归程序简单明了,非常直观,然而一旦n > 12,则超过32位int型的范围出现错误结果,所以上面这个递归程序仅适合n <= 12的阶乘计算,为了计算较大n的阶乘,需要将高精度乘法算法纳入到阶乘计算中来,高精度乘法过程可以如下简单的描述:(其中A * B = C,A[0], B[0], C[0]分别存储长度)
for (i = 1; i <= A[0]; i++) for (j = 1; j <= B[0]; j++) { C[i+j-1] += A[i]*B[j]; // 当前i+j-1位对应项 + A[i] * B[j] C[i+j] += C[i+j-1]/10; // 它的后一位 + 它的商(进位) C[i+j-1] %= 10; // 它再取余即可 } C[0] = A[0] + B[0]; while (C[0] > 1 && C[C[0]] == 0) C[0]--; // 去头0,获得实际C的长度
有了这个高精度乘法之后,计算阶乘就可以简单的迭代进行:
for (i = 2; i <= n; i++) {
将i转换成字符数组;
执行高精度乘法:将上一次结果乘上i
}
二。 与数论有关
由于阶乘到后面越来越大,巧妙的利用数论求得一些有趣的数字(数值)等成为阶乘算法的设计点,下面给出几道相关的问题与分析:
(1) 计算阶乘末尾***个非0数字:
这是一个比较经典的问题,比较复杂的算法是利用一个艰难的数学公式,可惜我不会,从网上的资料学习中,整理出下面这个简单易懂的算法:
观察n!,可以发现在乘的过程中,对于任意 n > 1,n!的末尾***个非0数字都是偶数。我们只需保留***一位非零数。当要乘的数中含有因数5时,我们可以把所有的因数5都当作8来乘。这是因为:
…x2*5=…10(舍)或…60,***一位非零数为6。而恰好2*8=16,末位为6。
…x4*5=…70(舍)或…20,***一位非零数为2。而恰好4*8=32,末位为2。
…x6*5=…30(舍)或…80,***一位非零数为8。而恰好6*8=48,末位为8。
…x8*5=…90(舍)或…40,***一位非零数为4。而恰好8*8=64,末位为4。
(对于n > 1时,***一位不会出现 1, 7, 3, 9,而永远是2, 4, 6, 8的循环出现)
因此,在迭代作乘法时,主要就是计算因子5的数量,同时可见因子5的个数以4为循环节(即只需要取它的数量对4取模)。那么对于不同情况下的因子5的数量,可以通过res[5][4] = {{0,0,0,0}, {2,6,8,4}, {4,2,6,8}, {6,8,4,2}, {8,4,2,6}}来得到,使用nonzero[i]表示i的阶乘的***一位,那么:
如果t是偶数,则直接乘:nonzero[i] = (nonzero[i-1]*t)%10。
否则nonzero[i] = res[((nonzero[i-1]*t)%10)/2][five];
其中t是除掉所有因子5的结果,five为因子5数量对4的模。相关题目:
http://acm.zju.edu.cn的第1222题。不过这一道题注意的是,它的输入n并非只在32位int数值范围内,而是有很大的长度,所以计算这道变态题目时,需要利用到高精度除法(n/=5)和高精度加法(cnt+=n)。
(2)。 阶乘末尾有多少个0
分析发现,实际上形成末尾0,就是因子5的数量,而计算1~n之间包含一个因子i的个数的简单算法就是:
cnt = 0; while (n) { n /= i; cnt += n; }
因此,直接将i换成5,就可以得到因子5的数量,也即n!末尾0的数量。
(3)。 返回阶乘左边的第二个数字
简单算法:用实数乘,超过100就除以10,***取个位即可。因为整数部分的个位就是阶乘结果左边的第二个数字。相关题目:
(4)。 判断数值 m 是否可以整除 n!
算法:使用素因子判断法
A. 首先直接输出两种特殊情况:
m == 0 则 0肯定不会整除n!;
n >= m 则 m肯定可以整除n!;
B. 那么就只剩***一种情况:m > n,我们从m的最小素因子取起,设素因子为i那么可以 求得m的素因子i的个数 nums1;再检查闭区间 i ~ n 之间的数,一共包含多少个素因子i,就可以简单的利用上面(2)中所介绍的数学公式进行计算得到nums2。如果nums2 < nums1,就表示1 ~ n中包含素因子的数量 < 除数m包含素因子i的数量,那么m必然不能整除n!,置ok = false。
C. ***:如果 !ok or m > n or m == 0 则不能整除;否则可以整除
(5)。数字N能否表示成若干个不相同的阶乘的和:
这里可以选择的阶乘为:0! ~ 9!,实际上这一题与数论无关,与搜索有关。相关题目:http://acm.zju.edu.cn 的2358题。
分析,由于可供选择的阶乘数量较少,直接可以利用DFS搜索来做:
A. 首先将0 ~ 9的阶乘作一个表A[10];再设置一个可以组成“和”的数组ans[N]。
B. 深度优先搜索方法:
search(n) { for(i = n; i <= 9; i++) { sum += A[i]; //求和,如果sum在ans数组中不存在,则将sum插入到ans[]数组中 search(n+1); sum -= A[i]; //回溯 } }
C. 对于输入n,就在ans数组中查找是否存在n,如果存在,则表示n可以表示成不同的阶乘和,否则不行。
上述内容就是阶乘相关的算法及其C++实现的示例分析,你们学到知识或技能了吗?如果还想学到更多技能或者丰富自己的知识储备,欢迎关注亿速云行业资讯频道。
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