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Update Leetcode 题解 - 数学.md
补充多数投票算法的原理说明并新增配图。补充除自身以外数组乘积、进制转换等题目的推导过程与分析，增补参考资料并完成文字校对。
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CyC2018
+34
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@@ -26,6 +26,7 @@
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* [3. 乘积数组](#3-乘积数组)
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* [4. 找出数组中的乘积最大的三个数](#4-找出数组中的乘积最大的三个数)
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* [5. 用 Rand7() 实现 Rand10()](#5-用-rand7-实现-rand10)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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@@ -91,14 +92,14 @@ int lcm(int a, int b) {
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### 3. 使用位操作和减法求解最大公约数
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编程之美：2.7
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《编程之美》2.7
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对于 a 和 b 的最大公约数 f(a, b)，有：
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- 如果 a 和 b 均为偶数，f(a, b) = 2\*f(a/2, b/2);
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- 如果 a 是偶数 b 是奇数，f(a, b) = f(a/2, b);
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- 如果 b 是偶数 a 是奇数，f(a, b) = f(a, b/2);
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- 如果 a 和 b 均为奇数，f(a, b) = f(b, a-b);
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- 如果 a 和 b 均为偶数，f(a, b) = 2\*f(a/2, b/2)；
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- 如果 a 是偶数 b 是奇数，f(a, b) = f(a/2, b)；
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- 如果 b 是偶数 a 是奇数，f(a, b) = f(a, b/2)；
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- 如果 a 和 b 均为奇数，f(a, b) = f(b, a-b)。
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乘 2 和除 2 都可以转换为移位操作。
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@@ -213,7 +214,7 @@ public String toHex(int num) {
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28 -> AB
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```
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因为是从 1 开始计算的，而不是从 0 开始，因此需要对 n 执行 -1 操作。
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这种表示没有 0，A \~ Z 对应 1 \~ 26，每一位的取值是 1 \~ 26 而不是 0 \~ 25。先把 n 减 1，最低位就变成 0 \~ 25，对应 A \~ Z，再对 (n - 1) / 26 递归处理更高位。例如 52：51 % 26 = 25 对应 Z，51 / 26 = 1 对应 A，结果为 AZ。
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```java
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public String convertToTitle(int n) {
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@@ -243,7 +244,7 @@ public int trailingZeroes(int n) {
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}
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```
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如果统计的是 N! 的二进制表示中最低位 1 的位置，只要统计有多少个 2 即可，该题目出自 编程之美：2.2 。和求解有多少个 5 一样，2 的个数为 N/2 + N/2<sup>2</sup> + N/2<sup>3</sup> + ...
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如果统计的是 N! 的二进制表示中最低位 1 的位置，只要统计有多少个 2 即可，该题目出自《编程之美》2.2。和求解有多少个 5 一样，2 的个数为 N/2 + N/2<sup>2</sup> + N/2<sup>3</sup> + ...
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## 字符串加法减法
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@@ -348,7 +349,7 @@ public int minMoves2(int[] nums) {
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#### 解法 2
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使用快速选择找到中位数，平均时间复杂度 O(N)
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使用快速选择找到中位数，平均时间复杂度 O(N)。下面的实现固定以第一个元素为基准，输入已经有序时每次只能排除一个元素，退化为 O(N<sup>2</sup>)，可以先随机打乱数组或随机选取基准。
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```java
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public int minMoves2(int[] nums) {
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@@ -414,7 +415,11 @@ public int majorityElement(int[] nums) {
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}
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```
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可以利用 Boyer-Moore Majority Vote Algorithm 来解决这个问题，使得时间复杂度为 O(N)。可以这么理解该算法：使用 cnt 来统计一个元素出现的次数，当遍历到的元素和统计元素不相等时，令 cnt--。如果前面查找了 i 个元素，且 cnt == 0，说明前 i 个元素没有 majority，或者有 majority，但是出现的次数少于 i / 2，因为如果多于 i / 2 的话 cnt 就一定不会为 0。此时剩下的 n - i 个元素中，majority 的数目依然多于 (n - i) / 2，因此继续查找就能找出 majority。
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Boyer-Moore 多数投票算法（Boyer-Moore Majority Vote Algorithm）可以在 O(N) 时间、O(1) 空间内解决这个问题。它维护一个候选元素 majority 和计数 cnt：遇到和候选相同的元素 cnt 加一，不同的元素 cnt 减一，相当于让两个不同的元素互相抵消；cnt 为 0 时把当前元素作为新的候选。
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每次抵消的是一对不同的元素，其中最多有一个是多数元素，所以抵消掉若干对之后，多数元素在剩下的元素中出现的次数仍然多于一半。cnt 回到 0 时，从上次 cnt 为 0 到现在扫过的一段恰好两两抵消完，可以整段丢掉，从下一个元素重新开始；扫描结束时没有被抵消的候选就是多数元素。本题保证多数元素存在，否则还要再遍历一次，确认候选的出现次数确实多于 n / 2。
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<div align="center"> <img src="pics/lc-math-majority-vote.png" width="520px"/> </div><br>
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```java
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public int majorityElement(int[] nums) {
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@@ -444,7 +449,7 @@ Returns: True
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间隔：3,5,7,...
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间隔为等差数列，使用这个特性可以得到从 1 开始的平方序列。
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间隔为等差数列，使用这个特性可以得到从 1 开始的平方序列：依次减去 1、3、5……，num 是完全平方数当且仅当恰好减到 0。这种做法的时间复杂度为 O(sqrt(N))。
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```java
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public boolean isPerfectSquare(int num) {
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@@ -463,6 +468,8 @@ public boolean isPerfectSquare(int num) {
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[Leetcode](https://leetcode.com/problems/power-of-three/description/) / [力扣](https://leetcode-cn.com/problems/power-of-three/description/)
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1162261467 是 int 范围内最大的 3 的幂（3<sup>19</sup>）。3 是素数，3<sup>19</sup> 的正约数只有 3<sup>0</sup> \~ 3<sup>19</sup>，因此能整除它的正整数一定是 3 的幂。
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```java
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public boolean isPowerOfThree(int n) {
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return n > 0 && (1162261467 % n == 0);
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@@ -483,6 +490,15 @@ For example, given [1,2,3,4], return [24,12,8,6].
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要求时间复杂度为 O(N)，并且不能使用除法。
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除了 nums[i] 之外所有元素的乘积，等于它左边所有元素的乘积乘以右边所有元素的乘积。第一遍从左往右把左边的乘积 left 写进 products，第二遍从右往左再乘上右边的乘积 right，输出数组之外只用了两个变量。例如 [2, 3, 4, 5]：
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```text
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下标 0 1 2 3
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左边的乘积 1 2 6 24
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右边的乘积 60 20 5 1
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结果 60 40 30 24
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```
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```java
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public int[] productExceptSelf(int[] nums) {
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int n = nums.length;
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@@ -513,6 +529,8 @@ Input: [1,2,3,4]
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Output: 24
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```
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数组中可能有负数，乘积最大的三个数只有两种可能：最大的三个数，或者最大的数乘以最小的两个数（两个负数相乘为正）。遍历一次记录最大的三个数和最小的两个数，取两种乘积中较大的一个。
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```java
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public int maximumProduct(int[] nums) {
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int max1 = Integer.MIN_VALUE, max2 = Integer.MIN_VALUE, max3 = Integer.MIN_VALUE, min1 = Integer.MAX_VALUE, min2 = Integer.MAX_VALUE;
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@@ -547,7 +565,7 @@ public int maximumProduct(int[] nums) {
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题目描述：已知 rand7() 等概率返回 1 \~ 7，只用它实现等概率返回 1 \~ 10 的 rand10()。
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把两次 rand7() 的结果看成一个两位的 7 进制数，(rand7() - 1) * 7 + rand7() 能等概率地生成 1 \~ 49。只保留 1 \~ 40，它们对 10 取余之后 0 \~ 9 各出现 4 次，仍然是等概率的；落在 41 \~ 49 时重新生成，这种方法称为拒绝采样。
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把两次 rand7() 的结果看成一个两位的 7 进制数，(rand7() - 1) * 7 + rand7() 能等概率地生成 1 \~ 49。只保留 1 \~ 40，它们对 10 取余之后 0 \~ 9 各出现 4 次，仍然是等概率的；落在 41 \~ 49 时重新生成，这种方法称为拒绝采样。每轮成功的概率为 40 / 49，平均需要 49 / 40 ≈ 1.23 轮，也就是约 2.45 次 rand7()。
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```java
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public int rand10() {
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@@ -559,3 +577,8 @@ public int rand10() {
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}
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}
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```
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## 参考资料
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- [LeetCode 题库](https://leetcode.com/problemset/)
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- 《编程之美》小组. 编程之美 [M]. 电子工业出版社, 2008.
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