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leetcode 2151 ~ 2200
分割圆的最少切割次数

分割圆的最少切割次数

难度:

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题目描述

A valid cut in a circle can be:

  • A cut that is represented by a straight line that touches two points on the edge of the circle and passes through its center, or
  • A cut that is represented by a straight line that touches one point on the edge of the circle and its center.

Some valid and invalid cuts are shown in the figures below.

Given the integer n, return the minimum number of cuts needed to divide a circle into n equal slices.

 

Example 1:

Input: n = 4
Output: 2
Explanation: 
The above figure shows how cutting the circle twice through the middle divides it into 4 equal slices.

Example 2:

Input: n = 3
Output: 3
Explanation:
At least 3 cuts are needed to divide the circle into 3 equal slices. 
It can be shown that less than 3 cuts cannot result in 3 slices of equal size and shape.
Also note that the first cut will not divide the circle into distinct parts.

 

Constraints:

  • 1 <= n <= 100

代码结果

运行时间: 16 ms, 内存: 16.1 MB


// 思路:
// 同样的逻辑可以用 Java Stream 来实现,但在这种简单的情况下,使用 Stream 并不是最合适的。
// 这里只是为了展示如何使用 Stream 进行简单的整数计算。

import java.util.stream.IntStream;

public class Solution {
    public int minCuts(int n) {
        // 使用 IntStream.range 生成一个范围,然后使用 map 进行判断
        return IntStream.range(0, n)
                         .map(i -> (n % 2 == 0) ? n / 2 : n)
                         .findFirst()
                         .getAsInt();
    }
}

解释

方法:

题解的核心思路是基于圆的切割方式和需要的等分数。这里有两种主要的切割方式:经过圆心的直径切割和单侧经过圆心的半径切割。当需要将圆切割成偶数等分时,可以通过一半数量的直径切割来完成,因为每个直径切割将圆切成两部分。如果是奇数等分,则每部分必须单独进行切割,因此需要的切割次数等于等分数 n。根据题目条件,我们可以得出对于 n = 1 不需要切割,对于偶数最少需要 n/2 次切割,对于奇数则是 n 次。

时间复杂度:

O(1)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

🦆
为什么当`n`为奇数时,每一次切割不能继续利用直径切割来减少切割次数?
当`n`为奇数时,圆被切割成奇数个相等部分,无法通过一个直径完全对称地将圆分成两个相等的部分,因为直径切割总是创建两个完全对称的半圆。因此,无法通过少于`n`次的切割达到奇数等分的目标。每个部分都需要单独切割,不可能通过将圆分成两个或多个相等的部分来减少切割次数。
🦆
在实现判断`n`是偶数或者奇数的过程中,使用了`n & 1`来判断奇偶性。这种方法与传统的`n % 2`有何优势?
在某些编程语言和系统中,位操作(如`n & 1`)可能比模运算(如`n % 2`)更高效。`n & 1`操作直接检查数字最低位的值,如果是1则为奇数,如果是0则为偶数,这通常可以更直接且快速地执行。虽然在现代编译器和处理器上,这两种方法的性能差异可能不大,但在需要高度优化的场景下,位操作可能提供微小的性能优势。
🦆
题解中提到对于偶数等分,可以通过`n/2`次直径切割来实现。这种策略在所有偶数`n`的情况下都有效吗?有没有可能存在更优的切割策略?
对于偶数等分,通过`n/2`次直径切割确实可以有效地将圆分成`n`个相等部分,因为每次直径切割都将圆分成两个相等的半圆。在所有偶数`n`的情况下,这种策略都是有效的,并且是最优的策略,因为每次切割都利用了圆的对称性来最大化分割效率。目前没有已知的更优策略,因为任何少于`n/2`次的切割都无法实现偶数等分。

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