leetcode题解-483. Smallest Good Base

题目:

For an integer n, we call k>=2 a good base of n, if all digits of n base k are 1.

Now given a string representing n, you should return the smallest good base of n in string format. 

Example 1:
Input: "13"
Output: "3"
Explanation: 13 base 3 is 111.

Example 2:
Input: "4681"
Output: "8"
Explanation: 4681 base 8 is 11111.

Example 3:
Input: "1000000000000000000"
Output: "999999999999999999"
Explanation: 1000000000000000000 base 999999999999999999 is 11.

Note:

The range of n is [3, 10^18].
The string representing n is always valid and will not have leading zeros.

本题是寻找一个数最小的good base。其定义是对于一个数y,其x进制表示为全1,则称x是y的good base。应该比较好理解,其实就是将y写成1+x+x^2+...+x^(n-1),就是一个等比数列求和,于是我们可以将其转化为y = (x^n - 1)/(x - 1),其中x>=2, 3<y<10^18,为了寻找最小的x,我们可以先来确定一下n的取值范围,很明显x越小n越大,所以当x=2时,n最大为log2(y+1)。从第三个例子可以看出来,当x=y-1时,n最小为2。所以有了n的取值范围我们就可以遍历所有可能的n,然后每次循环中y和n都是确定值,在对x使用二叉搜索确定其值即可。

另外一个需要注意的问题就是,因为本题中的数都比较大,所以要注意溢出问题,之前也做过一到这种题,可以使用java内置的BigInteger类进行处理。代码如下所示:

    public static String smallestGoodBase(String n) {
        //现将字符串解析成long型数据
        long s = Long.parseLong(n);
        //对所有可能的指数n进行遍历
        for(int max_e=(int)(Math.log(s)/Math.log(2)) + 1; max_e>=2; max_e--){
            long low=2, high=s, mid;
            //进行二叉搜索,寻找最小的good base。
            while(low <= high){
                mid = low + (high - low)/2;
                //一开始没有使用BigInteger,会报错
                BigInteger left = BigInteger.valueOf(mid);
                left = left.pow(max_e).subtract(BigInteger.ONE);
                BigInteger right = BigInteger.valueOf(s).multiply(BigInteger.valueOf(mid).subtract(BigInteger.ONE));
                int cmr = left.compareTo(right);
                if(cmr == 0)
                    return String.valueOf(mid);
                else if(cmr > 0)
                    high = mid - 1;
                else
                    low = mid + 1;
            }
        }
        return String.valueOf(s-1);
    }

上面这种方法效率比较低,还在网上找到了下面这种解决方案,首先说前面三行,一个是使用内置方法将字符串转化为long型整数,一个是写循环,测试结果发现第二种效果更好==,其次使用这种方法可以击败98%的用户,原因是其在二叉搜索的过程中的上限取的是Math.pow(num, 1.0/p) + 1,相比num本身小了很多,所以大大节省了时间。

    public String smallestGoodBase1(String n) {
        long num = 0;
        for (char c : n.toCharArray()) num = num * 10 + c - '0';
        //long num = Long.parseLong(n);
        long x = 1;
        for (int p = 64; p >= 1; p--) {
            if ((x << p) < num) {
                long k = helper(num, p);
                if (k != -1) return String.valueOf(k);
            }
        }
        return String.valueOf(num - 1);
    }

    private long helper(long num, int p) {
        long l = 1, r = (long)(Math.pow(num, 1.0/p) + 1);
        while (l < r) {
            long mid = l + (r - l) / 2;
            long sum = 0, cur = 1;
            for (int i = 0; i <= p; i++) {
                sum += cur;
                cur *= mid;
            }
            if (sum == num) return mid;
            else if (sum > num) r = mid;
            else l = mid + 1;
        }
        return -1;
    }
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