算法题 LEECODE 313. 超级丑数

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题目

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/super-ugly-number

编写一段程序来查找第 n 个超级丑数。超级丑数是指其所有质因数都是长度为 k 的质数列表 primes 中的正整数。

示例

输入: n = 12, primes = [2,7,13,19]
输出: 32 
解释: 给定长度为 4 的质数列表 primes = [2,7,13,19]，前 12 个超级丑数序列为：[1,2,4,7,8,13,14,16,19,26,28,32]。

说明:

1 是任何给定 primes 的超级丑数。
 给定 primes 中的数字以升序排列。
0 < k ≤ 100, 0 < n ≤ 106, 0 < primes[i] < 1000 。
第 n 个超级丑数确保在 32 位有符整数范围内。

解题思路1

由于这是一道中等难度的题目，萌叔第一想到的是穷举，从1开始穷举，1、2 3、… N 判断每个数是否是超级丑数。这个思路肯定是没错的，结果提交后发现超时了。超时的原因是扫描了太多无用的数据。

解题思路2

超级丑数是指其所有质因数都在primes 列表中， 那么很容易可以想到，可以用primes列表中的质数来构造超级丑数。现在唯一麻烦的是怎么按照超级丑数的大小来定序。
查找第 n 个超级丑数，也就是要从整个解空间中，找出第N大的超级丑数。
我们先来看看解空间有什么特点。
为了简化图表，假定primes = [2,7,13,19]，1是比较特殊的情况，跳过不看

• 解空间是一颗多叉数
• 从根沿着树干节点向下，节点的数值越来越大
• 每个节点的孩子节点，都是它的值乘以primes 中的每个数
• 当前的最小值，可能在多个子树中产生

某一时刻，假定我们已经找到了超级丑数1、 2，我们把1、2、从树中移除，可以得到若干个新的子树，新的子树的根节点分别是
2*2、 2*7、 2*13、 7、 8，下一个最小的超级丑数，只能从这几个数产生。因为剩下的节点都是以上节点的子孙节点，所以肯定要比这些节点中最小值还要大。

思路确定

每次从解空间中找到一个超级丑数，就从把它从多叉树上移除，然后扫描剩余多个子树的根节点，确定下一个超级丑数。为了加快扫描的速度，已知的子树的根，都存储在一个小顶堆里。

递推公式

f(n) = min(f(n -1)的子节点, 其它子树的根)

代码如下

package main

import (
    "container/heap"
    "fmt"
)

// An IntHeap is a min-heap of ints.
type IntHeap []int

func (h IntHeap) Len() int           { return len(h) }
func (h IntHeap) Less(i, j int) bool { return h[i] < h[j] }
func (h IntHeap) Swap(i, j int)      { h[i], h[j] = h[j], h[i] }

func (h *IntHeap) Push(x interface{}) {
    // Push and Pop use pointer receivers because they modify the slice's length,
    // not just its contents.
    *h = append(*h, x.(int))
}

func (h *IntHeap) Pop() interface{} {
    old := *h
    n := len(old)
    x := old[n-1]
    *h = old[0 : n-1]
    return x
}

func nthSuperUglyNumber(n int, primes []int) int {
    h := IntHeap([]int{})
    heap.Push(&h, 1)
    for _, value := range primes {
        heap.Push(&h, value)
    }
    idx := 0
    last := 0
    var t int
    for len(h) > 0 && idx < n {
        t = heap.Pop(&h).(int)
        //  解决冗余数据
        for t <= last {
            t = heap.Pop(&h).(int)
        }
        last = t
        for _, v := range primes {
            heap.Push(&h, v*last)
        }
        idx++
    }
    return last
}

func main() {
    n := 550
    primes := []int{3, 7, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 43,
        47, 59, 67, 71, 73, 83, 97, 103, 109, 127, 131, 139, 149, 163, 167, 173, 191, 197, 233, 241, 251}
    fmt.Println(nthSuperUglyNumber(n, primes))
}

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