力扣第233题“数字1的个数”

在本篇文章中，我们将详细解读力扣第233题“数字1的个数”。通过学习本篇文章，读者将掌握如何计算从1到n的数字中出现的“1”的个数，并了解相关的复杂度分析和模拟面试问答。每种方法都将配以详细的解释，以便于理解。

问题描述

力扣第233题“数字1的个数”描述如下：

给定一个整数 n，计算从 1 到 n 的所有整数中出现的 “1” 的个数。

示例:

输入: n = 13
输出: 6
解释: 从 1 到 13 共出现 1 6 次 (1, 10, 11, 12, 13)。
1
2
3

示例:

输入: n = 100
输出: 21
1
2

解题思路

方法：逐位分析

1. 初步分析：

   • 对于每一位数字，考虑其对最终结果的贡献。
   • 逐位分析每一位上出现的“1”的次数，并将其累加。

2. 步骤：

   • 对于每一位，计算其对“1”的贡献。
   • 分别计算高位、当前位和低位的情况，累加每一位上出现的“1”的次数。

代码实现

def countDigitOne(n):
    if n <= 0:
        return 0

    count = 0
    factor = 1
    while factor <= n:
        lower_numbers = n - (n // factor) * factor
        current_digit = (n // factor) % 10
        higher_numbers = n // (factor * 10)

        if current_digit == 0:
            count += higher_numbers * factor
        elif current_digit == 1:
            count += higher_numbers * factor + lower_numbers + 1
        else:
            count += (higher_numbers + 1) * factor

        factor *= 10

    return count

# 测试案例
print(countDigitOne(13))  # 输出: 6
print(countDigitOne(100))  # 输出: 21
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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12
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复杂度分析

• 时间复杂度：O(log n)，其中 n 是输入整数。对于每一位数字，时间复杂度为 O(1)，总的时间复杂度为 O(log n)。
• 空间复杂度：O(1)，只使用了常数空间。

模拟面试问答

问题 1：你能描述一下如何解决这个问题的思路吗？

回答：我们可以通过逐位分析的方法来解决这个问题。对于每一位数字，分别计算高位、当前位和低位的情况，并累加每一位上出现的“1”的次数。

问题 2：为什么选择使用逐位分析的方法来解决这个问题？

回答：逐位分析的方法可以高效地计算每一位数字对“1”的贡献，避免了暴力枚举所有数字。通过分解问题，可以在 O(log n) 的时间复杂度内解决问题，适用于处理大规模数据。

问题 3：你的算法的时间复杂度和空间复杂度是多少？

回答：算法的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 是输入整数。空间复杂度为 O(1)，只使用了常数空间。

问题 4：在代码中如何处理边界情况？

回答：对于小于等于0的数字，可以直接返回0。在逐位分析过程中，通过判断当前位的值，确保每一位的贡献被正确计算。

问题 5：你能解释一下逐位分析的工作原理吗？

回答：逐位分析的方法通过逐位计算每一位数字对“1”的贡献。对于每一位，分别计算高位、当前位和低位的情况，累加每一位上出现的“1”的次数，从而得到最终结果。

问题 6：在代码中如何确保返回的结果是正确的？

回答：通过逐位分析的方法，分别计算高位、当前位和低位的情况，确保每一位数字对“1”的贡献被正确计算。可以通过测试案例验证结果，确保所有情况都被正确处理。

问题 7：你能举例说明在面试中如何回答优化问题吗？

回答：在面试中，如果面试官问到如何优化算法，我会首先分析当前算法的瓶颈，例如时间复杂度和空间复杂度，然后提出优化方案。例如，通过减少不必要的操作和优化算法结构来提高性能。解释其原理和优势，最后提供优化后的代码实现。

问题 8：如何验证代码的正确性？

回答：通过运行代码并查看结果，验证返回的“1”的个数是否正确。可以使用多组测试数据，包括正常情况和边界情况，确保代码在各种情况下都能正确运行。例如，可以在测试数据中包含多个不同的整数，确保代码结果正确。

问题 9：你能解释一下解决数字1的个数问题的重要性吗？

回答：解决数字1的个数问题在数据分析和统计中具有重要意义。通过学习和应用逐位分析的方法，可以提高处理数字问题和优化问题的能力。在实际应用中，数字1的个数问题广泛用于数据处理、统计分析和算法设计等领域。

问题 10：在处理大数据集时，算法的性能如何？

回答：算法的性能在处理大数据集时为 O(log n)，因为所有操作都是逐位分析的时间复杂度。通过优化代码的实现，可以提高算法的效率和可维护性。

总结

本文详细解读了力扣第233题“数字1的个数”，通过使用逐位分析的方法高效地解决了这一问题，并提供了详细的解释和模拟面试问答。希望读者通过本文的学习，能够在力扣刷题的过程中更加得心应手。