📅  最后修改于: 2023-12-03 14:56:41.168000             🧑  作者: Mango
这个问题可以通过数学方法和二进制位操作来解决。假设我们将所有的二进制数按照1的位数从小到大排序,那么对于任意一个k,它对应的数字就是第k个最小位数,具有k个设置位的二进制数。
我们可以使用组合数学来计算具有k个设置位的二进制数的个数,公式为C(n,k),其中n为二进制数的位数。然后从小到大依次枚举1的位数,累加得到前缀和数组。
具体实现可以参考下面的代码:
def count_set_bits(n):
count = 0
while n > 0:
count += n & 1
n >>= 1
return count
def calculate_prefix_sum(n, k):
C = [[0] * (k + 1) for _ in range(n + 1)]
for i in range(n + 1):
for j in range(min(i, k) + 1):
if j == 0 or j == i:
C[i][j] = 1
else:
C[i][j] = C[i-1][j-1] + C[i-1][j]
prefix_sum = [0] * (k + 1)
for i in range(n + 1):
prefix_sum[count_set_bits(i)] += C[n][i]
for i in range(1, k + 1):
prefix_sum[i] += prefix_sum[i-1]
return prefix_sum
def get_kth_number(n, k):
prefix_sum = calculate_prefix_sum(n, k)
left, right = 0, (1 << n) - 1
while left < right:
mid = (left + right) // 2
if count_set_bits(mid) >= k:
right = mid
else:
left = mid + 1
return left + prefix_sum[k-1]
这个算法的时间复杂度是O(nk),其中n为二进制数的位数,k为设置位的个数。虽然它比较慢,但它的思路很简单,易于理解。
我们可以使用一些位操作技巧来加速计算。首先,我们可以使用Brian Kernighan算法来计算一个数的二进制表示中1的个数。其次,我们可以使用一个类似于查找表的数据结构来快速计算具有k个设置位的二进制数的个数。最后,我们可以使用二分查找来查找第k个具有k个设置位的二进制数。
具体实现可以参考下面的代码:
def count_set_bits(n):
count = 0
while n > 0:
n &= n - 1
count += 1
return count
def build_table(n):
table = [[0] * (n + 1) for _ in range(n + 1)]
for i in range(n + 1):
for j in range(n + 1):
if j == 0:
table[i][j] = 1
elif i == j:
table[i][j] = 2 ** j
elif i < j:
table[i][j] = 0
else:
table[i][j] = table[i-1][j-1] + table[i-1][j]
return table
def get_kth_number(n, k):
table = build_table(n)
left, right = 0, (1 << n) - 1
while left < right:
mid = (left + right) // 2
if count_set_bits(mid) >= k:
right = mid
else:
left = mid + 1
count = count_set_bits(left)
offset = k - count - 1
for i in range(n):
if table[n-i-1][offset] >= 1 << i:
left |= 1 << i
offset -= table[n-i-1][offset >> 1]
return left
这个算法的时间复杂度是O(klogn),其中n为二进制数的位数,k为设置位的个数。它比数学方法更快,但实现起来稍微复杂一些。
综上所述,我们可以使用数学方法或者二进制位操作来解决这个问题。具体实现可以根据自己的喜好来选择。