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leetcode 1701 ~ 1750
统计好数字的数目

统计好数字的数目

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题目描述

代码结果

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解释

方法:

题解采用了数学的方法来解决问题。首先,观察到好数字的定义:偶数下标的数字必须是偶数(0, 2, 4, 6, 8共5种选择),奇数下标的数字必须是质数(2, 3, 5, 7共4种选择)。对于长度为n的字符串,偶数下标的位置有 n - n // 2 个(例如长度为4,偶数位置有2个,长度为5,偶数位置也有3个),而奇数下标的位置有 n // 2 个。因此,长度为n的好数字的总数可以表示为 5的(n - n // 2)次方 乘以 4的(n // 2)次方。由于结果可能非常大,使用了模10^9 + 7的快速幂算法来计算这两个数的幂,并最终计算出结果。

时间复杂度:

O(log n)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

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在题解中,你使用了快速幂算法来计算幂,这种方法相比普通的幂计算有什么优势?
快速幂算法相比于普通的幂计算具有明显的时间效率优势。普通的幂计算通过连续乘法来计算base的degree次方,其时间复杂度为O(degree),这在degree非常大时会非常耗时。快速幂算法通过将幂次拆分成二进制形式,并利用幂的性质(a^b = (a^(b/2))^2)来减少计算步骤,将时间复杂度降低到O(log(degree))。这使得即便对于非常大的幂次,如题目中的10^15,也能在可接受的时间内完成计算。
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题解中提到的常数MOD为10^9 + 7,为什么需要对结果进行取余操作?
在处理大数运算时,尤其是在计算机科学中,直接操作非常大的数值会导致溢出和处理速度下降的问题。MOD为10^9 + 7是一个常用的大素数,对结果进行取余操作可以保证结果始终在一个固定的范围内,避免溢出并减少计算量。此外,取模运算在数学和计算机科学中广泛应用于散列函数、加密算法等领域,能够保证结果的均匀性和安全性。
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在计算5^(n - n // 2)和4^(n // 2)时,为什么选择这两个底数,它们分别代表什么意义?
在题目中,好数字的定义涉及到数字在偶数和奇数位置上的特定要求。偶数下标的位置必须是偶数数字(0, 2, 4, 6, 8),共有5种选择;奇数下标的位置必须是质数(2, 3, 5, 7),共有4种选择。因此,对于长度为n的数字串,偶数下标的位置有5种选择,奇数下标的位置有4种选择。5^(n - n // 2)计算的是偶数下标的所有可能组合,而4^(n // 2)计算的是奇数下标的所有可能组合。
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你提到n的最大值可以达到10^15,如何保证在这样的大规模数据下算法的效率?
为了处理如此大的n值(可达10^15),算法需要非常高效。快速幂算法在这里发挥了关键作用,因为它能够在O(log(n))的时间复杂度内计算幂。此外,由于结果使用了模10^9 + 7运算,这进一步保证了每步计算中涉及的数值不会过大,从而避免了潜在的性能问题。这些优化措施共同确保了算法即便在极端情况下也能保持高效率和稳定性。

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