【算法】阶乘相关

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1、输入一个非负整数

n

,请你计算阶乘

n!

的结果末尾有几个 0

比如说输入

n = 5

,算法返回 1,因为

5! = 120

,末尾有一个 0。

函数签名如下:

int trailingZeroes(int n);

首先,两个数相乘结果末尾有 0,一定是因为两个数中有因子 2 和 5,因为 10 = 2 x 5。


也就是说,问题转化为:

n!

最多可以分解出多少个因子 2 和 5

比如说

n = 25

,那么

25!

最多可以分解出几个 2 和 5 相乘?这个主要取决于能分解出几个因子 5,因为每个偶数都能分解出因子 2,因子 2 肯定比因子 5 多得多。


25!

中 5 可以提供一个,10 可以提供一个,15 可以提供一个,20 可以提供一个,25 可以提供两个,总共有 6 个因子 5,所以

25!

的结果末尾就有 6 个 0。


现在,问题转化为:

n!

最多可以分解出多少个因子 5

这样,我们假设

n = 125

,来算一算

125!

的结果末尾有几个 0:

首先,125 / 5 = 25,这一步就是计算有多少个像 5,15,20,25 这些 5 的倍数,它们一定可以提供一个因子 5。

然后,像 25,50,75 这些 25 的倍数,可以提供两个因子 5,那么我们再计算出

125!

中有 125 / 25 = 5 个 25 的倍数,它们每人可以额外再提供一个因子 5。

最后,像 125,250 这些 125 的倍数,可以提供 3 个因子 5,那么我们还得再计算出

125!

中有 125 / 125 = 1 个 125 的倍数,它还可以额外再提供一个因子 5。

如此这般,


125!

最多可以分解出 20 + 5 + 1 = 26 个因子 5,也就是说阶乘结果的末尾有 26 个 0。

理解了这个思路,就可以理解解法代码了:

int trailingZeroes(int n) {
    int res = 0;
    long divisor = 5;
    while (divisor <= n) {
        res += n / divisor;
        divisor *= 5;
    }
    return res;
}

这里

divisor

变量使用 long 型,因为假如

n

比较大,考虑 while 循环的结束条件,

divisor

可能出现整型溢出。

或者

int trailingZeroes(int n) {
    int res = 0;
    for (int d = n; d / 5 > 0; d = d / 5) {
        res += d / 5;
    }
    return res;
}


2、输入一个非负整数

K

,请你计算有多少个

n

,满足

n!

的结果末尾恰好有

K

个 0

比如说输入

K = 1

,算法返回 5,因为

5!,6!,7!,8!,9!

这 5 个阶乘的结果最后只有一个 0,即有 5 个

n

满足条件。

函数签名如下:

int preimageSizeFZF(int K);

因为随着

n

的增加,

n!

肯定是递增的,

trailingZeroes(n!)

肯定也是递增的


对于这种具有单调性的函数,用 for 循环遍历,可以用二分查找进行降维打击

搜索有多少个

n

满足

trailingZeroes(n) == K

,其实就是在问,

满足条件的

n

最小是多少,最大是多少,最大值和最小值一减,就可以算出来有多少个

n

满足条件了。

那不就是二分查找「搜索左侧边界」和「搜索右侧边界」这两个事儿嘛?


注意为了避免整型溢出的问题,

trailingZeroes

函数需要把所有数据类型改成 long

#include<iostream>
using namespace std;


long trailingZeroes(long n) {
	long res = 0;
	for (long d = n; d / 5 > 0; d = d / 5) {
		res += d / 5;
	}
	return res;
}
int left_bound(int target) {
	long l = 0;
	long r = LONG_MAX;
	while (l < r) {
		long mid = (l + r) / 2;
		if (trailingZeroes(mid) < target) {
			l = mid + 1;
		}
		else if (trailingZeroes(mid) > target) {
			r = mid;
		}
		else {
			r = mid;
		}
	}
	return l;
}

int right_bound(int target) {
	long l = 0;
	long r = LONG_MAX;
	while (l < r) {
		long mid = (l + r) / 2;
		if (trailingZeroes(mid) < target) {
			l = mid + 1;
		}
		else if (trailingZeroes(mid) > target) {
			r = mid;
		}
		else {
			l= mid+1;
		}
	}
	return l - 1;
}

int problem(int K) {
	return right_bound(K) - left_bound(K) + 1;
}

int main() {

	int K;
	while (cin >> K) {
		cout << problem(K) << endl;
	}
	return 0;
}



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