📌  相关文章
📜  从 0 到 N 的整数对的最大设置位计数,产生总和为 N(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:21:51.872000             🧑  作者: Mango

从 0 到 N 的整数对的最大设置位计数,产生总和为 N

该题目需要计算一个非负整数N以内的所有数对中,数对中两数二进制表示中1的个数最大值之和。本文将介绍该题目的解题思路、算法实现及复杂度分析。

解题思路

我们可以先思考一下如何计算一个十进制数的二进制表示中1的个数。经过观察我们发现,对于一个十进制数n,它的二进制表示中1的个数,等于n除以2得到的商中1的个数加上n模2的结果。

接下来我们考虑将上述方法推广到本题中。我们可以通过遍历0到N之间的所有整数对,计算两数中1的个数的和。但是,这个做法并不高效,因为它的时间复杂度为$O(N^2)$。考虑到我们需要计算的是1的个数最大值之和,因此,我们可以分别计算0到N中每个数二进制表示中1的个数的最大值和次大值,然后将它们相加即可。

算法实现

在实现上述思路时,我们需要借助以下两个算法:

  1. 计算一个十进制数的二进制表示中1的个数。

    def count_set_bits(n):
        count = 0
        while n:
            n &= n - 1
            count += 1
        return count
    
  2. 计算0到N中每个数二进制表示中1的个数的最大值和次大值。

    def calculate_max_set_bits(n):
        max1, max2 = float('-inf'), float('-inf')
        for i in range(n + 1):
            count = count_set_bits(i)
            if count > max1:
                max2 = max1
                max1 = count
            elif count > max2:
                max2 = count
        return max1 + max2
    
复杂度分析

count_set_bits函数的时间复杂度为$O(log_2n)$,其中n为输入的十进制数。calculate_max_set_bits函数的时间复杂度为$O(Nlog_2N)$,其中N为输入的非负整数。这是因为calculate_max_set_bits函数需要遍历0到N之间的所有数字,并计算它们的二进制表示中1的个数。因此,总的时间复杂度为$O(Nlog_2N)$。

在空间复杂度方面,count_set_bits函数只需要常数级别的额外空间;而calculate_max_set_bits函数需要存储两个最大值,因此它的空间复杂度也为常数级别。

综上所述,该题目的时间复杂度为$O(Nlog_2N)$,空间复杂度为常数级别。