问题:
1.写一个函数f(N),返回1到N之间出现的“1”的个数,比如f(12)=5。
2.在32位整数范围内,满足条件“f(N)=N”的最大的N是多少?
【问题一的解法】
仔细分析这个问题,给定了N,似乎就可以通过分析“小于N的数在每一位上可能出现1的次数”之和来得到这个结果。让我们来分析一下对于一个特定的N,如何得到一个规律来分析在每一位上所出现的1的可能性,并求和得到最后的f(N)。
先看1位数的情况:
如果N=3,那么从1到3的所有数字:1、2、3,只有个位数字上可能出现1,而且只出现1次,进一步可以发现如果N是个位数,如果N>=1,那么f(N)都等于1,如果N=0,则f(N)为0。
再看2位数的情况:
如果N=13,那么从1到13的所有数字:1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13,个位和十位的数字上都可能有1,我们可以将它们分开来考虑,个位出现1的次数有两次:1和11,十位出现1的次数有4次:10、11、12和13,所以f(N)=2+4=6。要注意的是11这个数字在十位和个位都出现了1,但是11恰好在个位为1和十位为1中被计算了两次,所以不用特殊处理,是对的。再考虑23的情况,它和N=13有点不同,十位出现1的次数为10,从10到19,个位出现1的次数为1、11和21,所以f(N)=3+10=13。通过对两位数进行分析,我们发现,个位数出现1的次数不仅和个位数字有关,还和十位数字有关:如果N的个位数大于等于1,则个位出现1的次数为十位数的数字加1;如果N的个位数为0,则个位出现1的次数等于十位数的数字。而十位数上出现1的次数不仅和十位数有关,还和个位数有关:如果十位数字等于1,则十位数上出现1的次数为个位数的数字加1;如果十位数大于1,则十位数上出现1的次数为10。
f(13)=个位出现1的个数+十位出现1的个数=2+4=6;
f(23)=个位出现1的个数+十位出现1的个数=3+10=13;
f(33)=个位出现1的个数+十位出现1的个数=4+10=14;
…
f(93)=个位出现1的个数+十位出现1的个数=10+10=20;
接着分析3位数:
如果N=123;
个位出现1的个数为13:1,11,21,…,91,101,111,121
十位出现1的个数为20:10~19,110~119
百位出现1的个数为24:100~123
f(123)=个位出现1的个数+十位出现1的个数+百位出现1的次数=13+30+24=57;
同理我们可以再分析4位数、5位数。
根据上面的一些尝试,下面推导一般情况下,从N得到f(N)的计算方法:假设N=abcde,这里a、b、c、d、e分别是十进制N的各个数位上的数字。如果要计算百位上出现1的次数,它将会受到三个因素的影响:百位上的数字,百位以下(低位)的数字,百位(更高位)以上的数字。
如果百位上的数字为0,则可以知道,百位上可能出现1的次数由更高位决定,比如12 012,则可以知道百位出现1的情况可能是100~199,1 100~1 199,2 100~2 199, … , 11 100~11 199,一共有1200个。也就是由更高位数字(12)决定,并且等于更高位数字(12)×当前位数(100)。
如果百位上的数字为1,则可以知道,百位上可能出现1的次数不仅受更高位影响,还受低位影响,也就是由更高位和低位共同决定。例如对于12 113,受更高位影响,百位出现1的情况是100~199,1 100~1 199,2 100~2 199, … , 11 100~11 199,一共1200个,和上面第一种情况一样,等于更高位数字(12)×当前位数(100)。但是它还受低位影响,百位出现1的情况是12 100~12 113,一共114个,等于低位数字(123)+1。
如果百位上数字大于1(即为2~9),则百位上可能出现1的次数也仅由更高位决定,比如12 213,则百位出现1的可能性为:100~199,1 100~1 199, 2 100~2 199,…,11 100~11 199,12 100~12 199,一共1300个,并且要等于更高位数字+1(12+1)×当前位数(100)。
代码为:
LONGLONG Sum1s(ULONGLONG n)
{
ULONGLONG iCount=0;
ULONGLONG iFactor=1;
ULONGLONG iLowerNum=0;
ULONGLONG iCurrNum=0;
ULONGLONG iHigherNum=0;
while(n/iFactor !=0)
{
iLowerNum=n-(n/iFactor)*iFfactor;
iCurrNum=(n/iFactor)%10;
iHigherNum=n/(iFactor*10);
switch(iCurrNum)
{
case 0:
iCount +=iHigherNum*iFactor;
break;
case 1:
iCount +=iHigherNum*iFactor+iLowerNum+1;
break;
default:
iCount +=(iHigherNum+1)*iFactor;
break;
}
iFactor*=10;
}
return iCount;
}