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319. 灯泡开关 : 经典数论推论题


题目描述

这是 LeetCode 上的 ​​319. 灯泡开关​​ ,难度为 中等

Tag : 「数学」

初始时有 ​​n​​ 个灯泡处于关闭状态。第一轮,你将会打开所有灯泡。接下来的第二轮,你将会每两个灯泡关闭一个。

第三轮,你每三个灯泡就切换一个灯泡的开关(即,打开变关闭,关闭变打开)。

第 ​​i​​​ 轮,你每 ​​i​​​ 个灯泡就切换一个灯泡的开关。直到第 ​​n​​ 轮,你只需要切换最后一个灯泡的开关。

找出并返回 ​​n​​ 轮后有多少个亮着的灯泡。

示例 1: 319. 灯泡开关 : 经典数论推论题_完全平方数

输入:n = 3

输出:1

解释:
初始时, 灯泡状态 [关闭, 关闭, 关闭].
第一轮后, 灯泡状态 [开启, 开启, 开启].
第二轮后, 灯泡状态 [开启, 关闭, 开启].
第三轮后, 灯泡状态 [开启, 关闭, 关闭].

你应该返回 1,因为只有一个灯泡还亮着。

示例 2:

输入:n = 0

输出:0

示例 3:

输入:n = 1

输出:1

提示:

数学

这是一道经典的数论题。

整理一下题意:第 轮改变所有编号为 的倍数的灯泡的状态(其中灯泡编号从 开始)。

一个编号为 的灯泡经过 轮后处于打开状态的充要条件为「该灯泡被切换状态次数为奇数次」。

同时,一个灯泡切换状态的次数为其约数的个数(去重)。

于是问题转换为:在 内有多少个数,其约数的个数为奇数。这些约数个数为奇数的灯泡就是最后亮着的灯泡。

又根据「约数」的定义,我们知道如果某个数 为 的约数,那么 亦为 的约数,即「约数」总是成对出现,那么某个数的约数个数为奇数,意味着某个约数在分解过程中出现了 次,且必然重复出现在同一次拆解中,即 ,即有 为完全平方数(反之亦然)。

问题最终转换为:在 中完全平方数的个数为多少。

根据数论推论, 中完全平方数的个数为 ,即最后亮着的灯泡数量为 。

代码:

class Solution {
public int bulbSwitch(int n) {
return (int)Math.sqrt(n);
}
}
  • 时间复杂度:
  • 空间复杂度:

最后

这是我们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 ​​No.319​​ 篇,系列开始于 2021/01/01,截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目,部分是有锁题,我们将先把所有不带锁的题目刷完。

在这个系列文章里面,除了讲解解题思路以外,还会尽可能给出最为简洁的代码。如果涉及通解还会相应的代码模板。

为了方便各位同学能够电脑上进行调试和提交代码,我建立了相关的仓库:​​github.com/SharingSour…​​

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