c++ 在一个范围内仅具有3个设置位的总数计数

aoyhnmkz  于 2022-12-27  发布在  其他
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我最近遇到一个问题,问题的陈述是这样的:
对于给定的L和R,我们需要求出满足L ≤ X ≤ R的二进制表示中只有三个集合位的数X的个数。
预期时间复杂度:O(对数(63^3))
预计辅助空间:O(1)
链接-https://practice.geeksforgeeks.org/problems/akku-and-binary-numbers0902/0/
我已经尝试了这个解决方案,但它显示优化更多,任何建议,我可以如何优化它

long long solve(long long l, long long r){
        long long count = 0,ctr=0;
        for(long long j=l; j<=r; j++){
            count = 0;
            for(int i=31; i>=0; i--)
            {    if(j & (1<<i))
                   count++; 
                if(count>3) break; // If counts more than 3 set bits then break it
            }
            if(count==3)
                ctr++;
        }
        return ctr;
    }
rseugnpd

rseugnpd1#

代码背后的思想相当简单,我们通过取set位来生成二进制数,在这个问题中已经问了三个set位,所以我们将生成三个变量并运行三个while循环。
例如,要求数字--〉11到19

  • 我们取i = 1,j = 2,k = 4,开始循环,我们使temp为-ij和k的或,例如当用二进制表示时
  • 1 = 0001
  • 2 = 0010
  • 4 = 0100

OR = 0111 --〉7,因此,如果数字在[l,r]范围内,则计数增加。
编码依据--〉https://auth.geeksforgeeks.org/user/628826/practice/

long long solve(long long l, long long r){

    long long i = 1;
    long long cnt = 0;
    while (i < r)
    {
        long long j = i << 1;
        while (j < r)
        {
            long long k = j << 1;
            while (k < r)
            {
                long long tmp = i | j | k;
                //cout<<i<<" "<<j<<" "<<k<<" "<<tmp<<endl;
                if (l <= tmp && tmp <= r)
                    ++ cnt;
                k <<= 1;
            }
            j <<= 1;
        }
        i <<= 1;
    }
    
    return cnt;
    
}
rqqzpn5f

rqqzpn5f2#

要在没有3个循环的情况下解决这个问题,您可以在位计数中找到模式。
示例:

//count of numbers having exactly x-setbits

    : 0 -> 00000000  //0-setBit = 1, 1-setBit = 0, 2-setBit = 0, 3-setBit = 0
--------------------------
2^0 : 1 -> 00000001  //0-setBit = 1, 1-setBit = 1, 2-setBit = 0, 3-setBit = 0
--------------------------
2^1 : 2 -> 00000010  
      3 -> 00000011  //0-setBit = 1, 1-setBit = 2, 2-setBit = 1, 3-setBit = 0
--------------------------
2^2 : 4 -> 00000100  
      5 -> 00000101
      6 -> 00000110
      7 -> 00000111  //0-setBit = 1, 1-setBit = 3, 2-setBit = 3, 3-setBit = 1
--------------------------
2^3 : 8 -> 00001000
      9 -> 00001001
     10 -> 00001010
     11 -> 00001011
     12 -> 00001100
     13 -> 00001101
     14 -> 00001110
     15 -> 00001111  //0-setBit = 1, 1-setBit = 4, 2-setBit = 6, 3-setBit = 4
--------------------------
2^n : .....

现在请注意,每个新容器(用"-----"括起来)都按顺序包含所有以前的容器,并在它们前面加1。
示例:

  1. 2^2容器由0、2^0、2^1容器组成,在第三位添加1。
  2. 2^3容器由0、2^0、2^1、2^2个容器组成,在第四位添加1
    使用该观察,我们注意到**"每个精确的x-设置位计数= x-设置位+(x-1)-设置位(前一容器的)"因为当前容器由前一容器+1组成
    由于我们只需要找到准确的3-setbits计数,我们可以进一步优化这一点。
    注意事项:
    1.正好为0-设置位计数为
    始终为1**
    1.对于小于2^n的容器,如果n〉= 1,则1集位计数为n,否则为0(1的和)
    1.对于小于2^n的容器,如果n〉= 2,则精确的2-setbit计数为n(n-1)/2,否则为0(n的和)
    1.对于小于2^n的容器,如果n〉= 3,则精确的3-setbit计数为n(n-1)(n-2)/6,否则为0(n之和的和)
  • =〉我们可以在O(1)中计算所有小于2^n的容器的所需值。*

现在,给定的问题可以分解为:

    • 精确计数3-范围[L,R]中的设置位==范围[0,R]中的计数-范围[0,L-1]中的计数**

代码:

long long compute(long long n,long long k){
    switch(k){
        case 1 : return n < 1 ? 0 : n;
        case 2 : return n < 2 ? 0 : n*(n-1)/2;
        case 3 : return n < 3 ? 0 : n*(n-1)*(n-2)/6;
    }
    return -1;
}

long long cal(long long val,long long k){
    if(k == 0)return 1;
    if(val == 0)return 0;
    long long n = log2(val);

    long long res = compute(n,k) + cal(val-(1LL<<n),k-1);
    return res;
}

long long solve(long long l, long long r){
    return cal(r,3) - cal(l-1,3);
}

复杂性:

  • 时间复杂度:O(对数(n))
  • 空间复杂性:O(1)

此解决方案适用于问题中提供的链接

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