C++如何求解第N个丑数(只包含质因子2, 3, 5)

阿萱酱_6952

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2026-11-03

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原创

暴力枚举效率低因丑数稀疏,需检查大量非丑数,时间复杂度高;三指针法利用丑数由2/3/5乘得的结构性,动态生成,避免重复与遗漏,时间O(N)、空间O(N)。

c++如何求解第n个丑数(只包含质因子2, 3, 5)

为什么不能用暴力枚举判断每个数是否为丑数

暴力方法是写一个 isUgly() 函数,对每个正整数调用它,直到累计找到 N 个丑数。但这个做法在 N > 1000 时就会明显变慢——因为越往后,丑数越稀疏,比如第 1690 个丑数是 2123366400,而你得检查中间所有非丑数(含大量 7、11、13 等因子的数),时间复杂度接近 O(N × log M),M 是第 N 个丑数值,实际运行可能超时。

关键问题在于:你不是在「筛选」,而是在「盲猜」。丑数集合本身有强结构性,应该利用生成逻辑,而非判定逻辑。

三指针法(动态规划)是怎么工作的

丑数序列从 1 开始,之后每个新丑数必然是已有丑数乘以 2、3 或 5 得到的最小值。用三个指针 i2、i3、i5 分别指向「下一个将要乘以 2/3/5 的丑数下标」,初始都为 0(对应 dp[0] == 1)。

每轮计算:
– next2 = dp[i2] * 2
– next3 = dp[i3] * 3
– next5 = dp[i5] * 5
取三者最小值作为 dp[i],然后把所有等于该最小值的指针都 +1(注意:是「所有」,不是只加一个,否则会重复)。

示例(前 10 个):
dp = [1],i2=i3=i5=0
→ next2=2, next3=3, next5=5 → min=2 → dp=[1,2],i2=1(其余不变)
→ next2=4, next3=3, next5=5 → min=3 → dp=[1,2,3],i3=1
→ next2=4, next3=6, next5=5 → min=4 → dp=[1,2,3,4],i2=2
→ next2=6, next3=6, next5=5 → min=5 → dp=[1,2,3,4,5],i5=1
→ next2=6, next3=6, next5=10 → min=6 → 此时 next2==next3==6,所以 i2 和 i3 都 +1

代码实现要注意的三个细节

容易出错的地方不在算法主干,而在边界和更新逻辑:

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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  • dp 数组长度必须为 N,索引从 0 到 N−1,返回 dp[N-1],不是 dp[N]
  • 三个候选值必须用 long long 或等效类型暂存,否则 dp[i2] * 2 在 N 较大时(如 N=1690)会溢出 int
  • 当多个候选值相等时(如 6 = 2×3 = 3×2),对应的所有指针都要推进,否则后续会重复生成相同丑数

有没有更省空间的写法

标准三指针法需要 O(N) 空间存整个 dp 数组,但如果你只需要第 N 个,不需输出全部序列,可以只维护三个指针和上一个生成的丑数值,用滚动变量替代数组。不过实际中几乎没人这么干——因为 N 通常不大(LeetCode 最大 1690),且数组方式逻辑清晰、不易错;强行省那几 KB 内存反而增加理解成本和出错概率。

真正值得留意的是:这个问题的「N」往往隐含上限,如果题目要求支持 N=1e6,那就要考虑预计算 + 静态缓存,而不是每次 new 一个 vector —— 但那是工程优化,不是算法核心。

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