leetcode779

题目描述

在第一行我们写上一个 0。接下来的每一行,将前一行中的 0 替换为 011 替换为 10。给定行数 N 和序数 K,返回第 N 行中第 K 个字符。(K 从1开始)。

题目分析

今天做这道题的时候一时间没有想到好的解决办法,于是没有多想就去看了题解,一看才发现这道题的解法竟然有这么多。题目本身难度并不大,但是仔细分析的话还是能发现其中的有趣之处的。首先,这道题虽然有两个输入:行数 N 和序数 K,但其实输出和 N 并没有关系,仅仅取决于 K。我们只要简单地列几行就能发现,第 i 行的长度是 2^{i-1},每一行可以分为两个部分,前半部分和它的上一行完全相等,而后半部分为前半部分的取反结果,我们仅仅需要确定 K 在这一行的哪一部分,就能将其转化为一个子问题,递归解法的思路就显而易见了(具体解法可以去看官方题解)。那么为什么输出和 N 无关呢,因为无论 N 有多大,只要 K 在第 N 行的前半部分,那么 f(N, K)f(N-1, K) 就是等价的。反过来说,一旦确定了 K,我们总能找到某一行 i ,使得 K 在第 i 行的后半部分,经过迭代,f(N, K) 可以转化成 f(i, K),而 i 是由 K 唯一决定的。所以说,递归解法用到了 N 这一无效条件,如果 N 非常大,会浪费大量的时间,并不是最优雅的解法。那么该怎么摆脱 N 的束缚呢?

解决

前面也说过,一旦确定了 K,我们总能找到某一行 i ,使得 K 在第 i 行的后半部分。为方便理解,我们不妨让 K0 开始,事先让 K = K-1。我们从第 i 行开始分析,记第 i 行元素为 a_{0}, a_{1}, ..., a_{2^{i-1}-1}。我们要求的是 a_{K}a_{K} 等于 a_{K-2^{i-2}} 取反的结果( K 在后半部分,所以满足 K >= 2^{i-2} ),而a_{K-2^{i-2}}在前半部分,可以转化到上一行中,迭代这个过程,我们最终会到达第一行。反过来想,最终的结果其实是经过 m 次取反操作得到的,取反的源操作数就是第一行的 0 ,所以问题进一步转化确定 m 的大小,甚至 m具体的大小都不需要知道,只需确定其奇偶。进一步分析,K 有多次出现在行的后半部分,就需要进行多少次取反操作,当且仅当 K >= 2^{i-2} 满足条件,而 K >= 2^{i-2} 其实就说明 K 的二进制表示中最高位为 1,因为 K < 2^{i-1},所以 K 的最高位表示的就是 2^{i-2},所以取反操作将 K 转化为 K-2^{i-2} 其实就是将这个最高位的 1 去掉了。反之,若在当前行中 K 的最高位为 0,则说明 K 在前半部分,直接过渡到上一行即可。综上所述,我们能得到一个令人惊叹的结论:取反操作次数m等于 K 的二进制表示中 1的个数。至此,这个问题就被漂亮地解决了。

代码

int kthGrammar(int N, int K) {
        bool ans = 0; K--;
        while(K) {
            if(K%2) ans = !ans;
            K /= 2;
        }
        return ans;
    }
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