题解 | 「力扣」第 233 题:数字 1 的个数(困难、动态规划)

参考资料 1:https://leetcode-cn.com/problems/number-of-digit-one/solution/zhu-wei-ji-suan-so-easy-by-faith_previal-7lep/

参考资料 2:https://leetcode-cn.com/problems/number-of-digit-one/solution/shu-wei-dp-liang-ge-yi-wei-dp-tablejie-j-7bai/

所有的讨论,认为有前导 0,例如 10 看成 010。

整的区间段(例如 099、0999)可以预先求出

以求解 666 为例,可以将 666 拆分为分别求解:

  • 600~666
  • 500~599(预先求出,这些值是确定的)
  • 400~499(预先求出,这些值是确定的)
  • 300~399(预先求出,这些值是确定的)
  • 200~299(预先求出,这些值是确定的)
  • 100~199(预先求出,这些值是确定的)
  • 0~99 的数字 1 的个数(预先求出)

最后求和得到结果。

  • 第 1 类(整数区间段):对于 500599、400499、300399、200299、0~99,它们的最高位没有 1 ,因此它们的 1 个个数取决于 0~99 中 1 的个数(找到了大问题和小问题之间的联系)。
  • 第 2 类(最高位是 1,每一个数都一定有 1):对于 100~199 ,因为百位数是1,所以 100~199 每个数中都有 1,因此等于 100 加上 0~99 中 1 的个数
  • 第 3 类(不满足一个整的区间段):对于 600~666,1 的个数取决于后两位中 1 的个数,就是 0~66 中 1 的个数,这件事情有点麻烦,后面再说。

对于一个数字,假设从个位到最高位标号为 1~n, 那么需要求出

也就是说,09、099、0999、09999、...、0 ~ 10^{N-1}-1 包含 1 的个数,这里 N 为数字 n 的长度。


分别记为 S1S2S3、... 、S_{n-1} 中包含 1 个数。

以 666 为例,那么 S1 就是 0~6 中包含 1 的个数、S2 就是 0~66 中包含 1 的个数

首先定义 dp 数组 dp1[i] 表示 0~10^{i+1}-1 中包含 1 的个数,例如

  • dp1[0] 表示求 0~9 中包含 1 的个数,
  • dp1[1] 表示求 0~99 中包含 1 的个数

假设已知 dp1[0],那么根据上述分析,可以求出
dp1[1] = 10 * dp[0] + 10^1

这是因为 0~99 可以分为:

  • 十位是 dp[0] ,个位都是 1,有 10 * dp[0] 这么多 1。

    (高位是 dp[0] ,最低位都是 1)

01
11
21
31
41
51
61
71
81
91

  • 10^1:数出出现在十位的 1 有 10 个
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19

dp1[2] 表示: 0~999 里出现的 1 的个数
dp1[2] = 10 * dp1[1] + 100

dp1[1] * 10 指的是:最高位有 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 一共 10 种情况,后两位里 1 的个数由 dp1[1] 决定。

先选最高位,再选低两位,所以是乘法。

特别地,最高位是 1 的每一个数都有 1 所以是 100 个,这里的 100 是 100、101、102、……、199,高位是 1 数出 100 个。因此,
dp1[i] = 10 * dp1[i-1] + 10^i
最基本情况 : 因为 0~9 中只有一个 1,因此 dp1[0] = 1

然后再定义 dp 数组 dp2[i]:表示「从右往左」开始第 i + 1 个数到最后一个数组成的数字包含 1 的个数。

dp2[0] 表示 0 到 6 中包含 1 的个数
例如 dp2[1] 在上例中表示 0~66 包含 1 的个数

对于 i,假设此位为 t,那么需要考虑如下几种情况:

  • (这种情况很简单)如果 t = 0,那么该位的结果只能依赖之前的位置,此时有 dp2[i] = dp2[i - 1]
  • (这种情况也不难)如果 t = 1,例如 166,此时应该求出 0~66 中元素 1 的个数,也就是 dp2[i - 1],然后加上由 100~166 中百位数 1 的个数,有 67 个。再加上 0~991 的个数 dp1[1]。此时有:

dp2[i] = dp2[i - 1] + subnums(i + 1, n) + 1 + dp1[i - 1]

  • 如果 t != 0 并且 t != 1,此时由一开始的分析可以得到

dp2[i] = dp2[i-1] + t * dp1[i-1] + 10^i

  • base case: 如果最后一个数字为 0 那么 dp2[0] = 0,否则 dp2[0] = 1

输出:dp2[len - 1]

参考代码

import java.util.Arrays;

public class Solution {

    public int countDigitOne(int n) {
        // 转换成为字符串
        String s = String.valueOf(n);
        int len = s.length();
        if (len == 1) {
            return n == 0 ? 0 : 1;
        }

        // A[i] 表示:0~10^{i+1} - 1 里包含 1 的个数
        // i = 0 时,10^{i+1} - 1 = 10 - 1 = 9
        // i = 1 时,10^{i+1} - 1 = 100 - 1 = 99
        int[] A = new int[len - 1];
        A[0] = 1;
        for (int i = 1; i < len - 1; i++) {
            A[i] = 10 * A[i - 1] + (int) Math.pow(10, i);
        }

        int[] dp = new int[len];
        if (s.charAt(len - 1) == '0') {
            dp[0] = 0;
        } else {
            dp[0] = 1;
        }
        for (int i = 1; i < len; i++) {
            char currChar = s.charAt(len - i - 1);
            if (currChar == '0') {
                // 高位是 0,没有 1,就取决于低位中 1 的个数
                dp[i] = dp[i - 1];
            } else if (currChar == '1') {
                // 最高位是 1,高位是 1 的个数取决于后面有多少个数,要记得加 1,因为有 10000 这种情况
                int count = Integer.parseInt(s.substring(len - i, len));
                // dp[i - 1] 和情况 1 一样理解
                // A[i - 1] 比如 199,A[i - 1] 表示 0 到 99 的里 1 的个数
                dp[i] = (count + 1) + dp[i - 1] + A[i - 1];
            } else {
                // 最高位是 2、3、4、5、6、7、8、9、10
                // dp[i - 1] 表示余数部分
                // (Character.getNumericValue(currChar)) * A[i - 1] 表示有几个区间段
                // (int) Math.pow(10, i) 最高位是 1 每一位都是 1 所以是 10 的方幂
                dp[i] = dp[i - 1] + (currChar - '0') * A[i - 1] + (int) Math.pow(10, i);
            }
        }
        return dp[len - 1];
    }
}
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