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「解题记录」C++ 循环结构 阶乘问题

「解题记录」C++ 循环结构 阶乘问题

作者: Stray_Wanderer | 来源:发表于2020-05-11 23:58 被阅读0次

    首先,这里是原题目:

    写一个程序,计算N!以10进制数形式表示的数中最右的非零数字,并找出在它有边又几个零。

    (程序应适用于N <= 30000的正整形数)

    方案1 ——fail

    那么,拿到这个题目,我首先给出了我的第一个程序,由于这个程序很快就被删掉重写,所以这里就不拿出来展示,只简单讲一讲逻辑。

    首先,输入N;随后for循环计算N的阶乘;再用while循环从得数的最右边开始,寻找非零数字,并且一边找,一边记录0的个数。

    这一程序对于较小的N值而言是没有问题的,比如题目中给出的示例12,由于12的阶乘仅为479001600,所以在程序运行时并不会出现问题。

    但一旦N开始变大,变量fac(阶乘结果)就无法储存阶乘后的值了,所以,我开始思考新的解决方法。

    方案2——fail

    阶乘末尾零的个数是可以通过计算得出的,所以,我可以用这样的方式在程序开头计算出末尾零的个数:

    int ..., five = 1;
    while(pow(5, five) <= n){
        zeros += n / int(pow(5, five));
        five++;
    }
    

    由于阶乘结果中,5的因子必然比2少,所以这里不需要考虑2,可以直接计算因子5的个数,便能知道末尾零的个数。

    随后,知道了末尾0的个数,我们就可以知道我们要求的最末非零数字在倒数第几位了,这样,我们就能够抹掉计算过程中前面的位数,只考虑需要使用的最末几位即可。完整的程序如下:

    #include<iostream>
    #include<cmath>
    using namespace std;
    int main(){
        int n, zeros = 0, fac = 1, five = 1;
        cin >> n;
        while(pow(5, five) <= n){
            zeros += n / int(pow(5, five));
            five++;
        }
        for(int i = 2; i <= n; i++){
            fac *= i;
            fac = fac % int(pow(10, zeros + 1));
        }
        cout << fac / pow(10, zeros) << " " << zeros;
        return 0;
    }
    
    

    的确,这一程序缩小了fac的值,能够处理更大的N,但是,还不够大。测试表明,即使将fac的类型设为long long,当N超过30,仍会发生溢出。这离题目所要求的N <= 30000还相差太远。

    大概估算一下,按照这一程序,计算30000的阶乘,fac需要储存超过7000位的数据,明显不现实。

    方案3——success

    当时脑子短路,所以把程序放了一下,先去干别的事情。然后,下午查了下教程,看了求n得阶乘得最后一位非零数字 - butterflier这篇blog,虽然没完全搞懂,其中的数组、函数也是现在也不能使用(尽管我会,但是老师没教,所以不能用,我会是因为我自学过,而且有python和swift的基础),不过我还是从中受到了启发。

    所以,这最后的一个方案,我会在计算阶乘的过程中,删去阶乘结果中的因子2和5,这样,计算结果末尾的0就会被全部抹掉,所以,我就可以让fac永远仅储存1位的数据,计算30000便毫无问题。

    #include<iostream>
    using namespace std;
    int main(){
        int n, zeros = 0, two = 0, fac = 1, si;
        cin >> n;
        for(int i = 2; i <= n; i++){
    //      cout << i << " -> ";
            si = i;
            while(si % 2 == 0){         //首先去掉 i 中所有的2,因为2与5相乘后会在末尾增加零 
                si /= 2;
                two += 1;
    //          cout << si << " -> ";
            }
            while(si % 5 == 0){         //去掉 i 中所有的5,由于因子2永远比因子5多,所以在配对的时候可以直接去掉一个2 
                si /= 5;
                two -= 1;
                zeros += 1;             //与2配对后,末尾就多一个0 
    //          cout << si << " -> ";
            }
                fac *= si;
                fac %= 10;              //只需要考虑最末尾的数 
    //          cout << "fac: " << fac << " two: " << two << endl;
        }
        for(int i = 1; i <= two; i++){  //将未被配对的2乘回结果 
            fac *= 2;
            fac %= 10;
        }
        cout << fac << " " << zeros;
        return 0;
    }
    

    这段代码显然比blog中的那段代码要简单很多,但是我并不清楚哪段的运行效率更高,反正不管怎么说,这道题目已经完成了。

    将调试代码前的//去掉,你就能够看到程序运算的全过程。拿26举例:

    26
    2 -> 1 -> fac: 1 two: 1
    3 -> fac: 3 two: 1
    4 -> 2 -> 1 -> fac: 3 two: 3
    5 -> 1 -> fac: 3 two: 2
    6 -> 3 -> fac: 9 two: 3
    7 -> fac: 3 two: 3
    8 -> 4 -> 2 -> 1 -> fac: 3 two: 6
    9 -> fac: 7 two: 6
    10 -> 5 -> 1 -> fac: 7 two: 6
    11 -> fac: 7 two: 6
    12 -> 6 -> 3 -> fac: 1 two: 8
    13 -> fac: 3 two: 8
    14 -> 7 -> fac: 1 two: 9
    15 -> 3 -> fac: 3 two: 8
    16 -> 8 -> 4 -> 2 -> 1 -> fac: 3 two: 12
    17 -> fac: 1 two: 12
    18 -> 9 -> fac: 9 two: 13
    19 -> fac: 1 two: 13
    20 -> 10 -> 5 -> 1 -> fac: 1 two: 14
    21 -> fac: 1 two: 14
    22 -> 11 -> fac: 1 two: 15
    23 -> fac: 3 two: 15
    24 -> 12 -> 6 -> 3 -> fac: 9 two: 18
    25 -> 5 -> 1 -> fac: 9 two: 16
    26 -> 13 -> fac: 7 two: 17
    4 6
    

    其实说句实话,这道题目难吗?也还好,离信息学竞赛还远得很。经过这一番摸索,我得出了一个结论——我好菜[doge]。

    最近真的忙死了,同学也在催着改程序,我都没时间搞,GitHub一片白色……这是部分聊天记录(惨~):

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