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leetcode 851 ~ 900
强整数

强整数

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题目描述

代码结果

运行时间: 26 ms, 内存: 16.1 MB


/*
 * 思路:
 * 1. 使用两个嵌套循环来生成所有可能的x^i + y^j的组合,直到组合的值大于bound。
 * 2. 使用一个集合来存储结果以确保每个值唯一。
 * 3. 使用Java Stream API来简化代码。
 */
import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

public class StrongIntegersStream {
    public List<Integer> powerfulIntegers(int x, int y, int bound) {
        return IntStream.range(0, 20).boxed()
            .flatMap(i -> IntStream.range(0, 20)
                .mapToObj(j -> (int) Math.pow(x, i) + (int) Math.pow(y, j)))
            .filter(value -> value <= bound)
            .collect(Collectors.toSet())
            .stream()
            .collect(Collectors.toList());
    }

    public static void main(String[] args) {
        StrongIntegersStream sis = new StrongIntegersStream();
        System.out.println(sis.powerfulIntegers(2, 3, 10)); // [2, 3, 4, 5, 7, 9, 10]
    }
}

解释

方法:

该题解采用的是双循环迭代方法,通过两层while循环分别计算x的i次幂和y的j次幂之和,并检查其是否小于或等于bound。若满足条件,将其添加到集合powerful_nums中以去重并收集所有符合条件的强整数。为了优化,如果x或y为1,则内层或外层循环只需要执行一次,因为其幂次增加后数值不变,仍为1。

时间复杂度:

O((log_bound)^2)

空间复杂度:

O(bound)

代码细节讲解

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为什么题解中选择使用集合而不是列表来存储强整数?
在计算可能的强整数时,由于不同的指数组合(i, j)可能产生相同的结果值,使用集合可以自动去除这些重复的值。集合(set)数据结构不允许存储重复的元素,这使得每当尝试添加已存在于集合中的元素时,该操作将无效。如果使用列表(list),则需要额外的步骤来检查和去除重复的元素,这会增加时间复杂度。因此,使用集合可以更高效地确保结果中只含有唯一的强整数。
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在计算x**i和y**j时,是否有可能出现数值溢出的问题,尤其是在高次幂的情况下?如果有,应该如何处理?
在高次幂的情况下,确实可能出现数值溢出的问题。在Python中,整数类型(int)可以自动处理较大的数字并转换为长整型(long),这可以在很大程度上避免传统意义上的溢出问题。但是,计算非常大的幂次可能导致内存使用过多或处理速度变慢。解决这个问题的一种方法是,在每次计算幂次后立即检查结果是否超出了bound的范围,如果已经超出,则可以停止后续的幂次增加,因为这些计算结果只会更大。
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题解中的算法是否考虑了所有可能导致i和j的组合重复的情况,例如x=2, y=4时的数学性质?
题解中的算法没有显式地考虑到某些数学性质,如x和y的倍数关系可能导致相同的强整数值。例如,当x=2和y=4时,2的任何幂次与4的某些幂次的和可能相同(如2^2 + 4^1 = 4 + 4 = 8,和2^3 = 8)。然而,因为解决方案使用集合来存储结果,所有重复的结果都会自动被去除。尽管如此,算法效率可以通过识别并利用这些数学性质来提高,例如通过避免那些知道会重复的幂次计算。
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题解提到将计算结果添加到集合中以去重,那么这种方法在何种情况下会出现重复的强整数值?
重复的强整数值出现在不同的(i, j)指数对产生相同的强整数值时。这通常发生在x和y不互质(即它们有公共因数)或一个是另一个的倍数时。例如,如果x=3和y=9,那么3^2 + 9^0 = 9 + 1 = 10和3^1 + 9^1 = 3 + 9 = 12;但也可能出现3^3 + 9^0 = 27 + 1 = 28和3^0 + 9^1 = 1 + 9 = 10,其中一些组合可能重复。使用集合自动去除这些重复值,简化了操作并提高了算法的实际运行效率。

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