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A Google's Interview Question - GLAT #20 series 4

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The entire class is as follows:
java 代码
 
  1. /** 
  2. * GOOGLE GLAT question #20: 
  3. * Consider a function which, for a given whole number n, returns the number 
  4. * of ones required when writing out all numbers between 0 and n. For example, 
  5. * f(13)=6. Notice that f(1)=1. What is the next largest n such that f(n)=n? 
  6. */  
  7. public class CountOnesUseIteration  
  8. {  
  9.     // Implementation notes:  
  10.     // There are various places we can optimize the code, however I don't  
  11.     // feel we need to do so since the implementation is fast enough.  
  12.   
  13.     private static final int ITERATION_LIMIT = 10000;  
  14.   
  15.     // This is used to check whether any given func value is between the  
  16.     // function values of 10^n and 2*10^n so that we know the corresponding  
  17.     // number starts with 1 or not, this fact will determine which formula  
  18.     // to use for reverse iteration.  
  19.     long[] x1 = new long[9];  
  20.     long[] x2 = new long[9];  
  21.     long[] y1 = new long[9];  
  22.     long[] y2 = new long[9];  
  23.   
  24.     public CountOnesUseIteration()  
  25.     {  
  26.         for (int i=1; i<10; i++)  
  27.         {  
  28.             x1[i-1] = power(10, i);  
  29.             x2[i-1] = 2 * x1[i-1] - 1;  
  30.             y1[i-1] = numOfOnes(x1[i-1]);  
  31.             y2[i-1] = numOfOnes(x2[i-1]);  
  32.         }  
  33.     }  
  34.   
  35.     public void countDigitOne()  
  36.     {  
  37.         long begin = System.currentTimeMillis();  
  38.   
  39.         long loop = 10000000000L;  
  40.   
  41.         int iterationTimes = 1;  
  42.         while (loop > 0 && iterationTimes < ITERATION_LIMIT)  
  43.         {  
  44.             long func = numOfOnes(loop);  
  45.             if (func == loop)  
  46.             {  
  47.                 System.out.println("-----> found a fixed point: x=" + loop);  
  48.                 // now skip this one and keep going for the next one.  
  49.                 loop--;  
  50.             }  
  51.             else  
  52.             {  
  53.                 if (func < loop) // we force this to go to the left.  
  54.                 {  
  55.                     loop = func;  
  56.                 }  
  57.                 else // func > loop  
  58.                 {  
  59.                     func = inverseFunc(loop);  
  60.                     if (func < loop && numOfOnes(func) >= loop)  
  61.                     {  
  62.                         loop = func;  
  63.                     }  
  64.                     else  
  65.                     {  
  66.                         loop --; // if we can't find one, just decrement it.  
  67.                     }  
  68.                 }  
  69.             }  
  70.   
  71.             iterationTimes++;  
  72.         }  
  73.   
  74.         System.out.println("It takes " + (System.currentTimeMillis() - begin) + " milli");  
  75.         System.out.println("It takes " + iterationTimes + " iterations");  
  76.     }  
  77.   
  78.     // function value  
  79.     private long numOfOnes(long x)  
  80.     {  
  81.         // recursion stops  
  82.         if (x <= 0return 0;  
  83.         if (x == 1return 1;  
  84.   
  85.         int powerk = 0;  
  86.         long tenPowers = 1;  
  87.         long leadingDigit = x;  
  88.         while (leadingDigit >= 10)  
  89.         {  
  90.             leadingDigit /= 10;  
  91.             powerk++;  
  92.             tenPowers *= 10;  
  93.         }  
  94.   
  95.         long reminder = x - leadingDigit * tenPowers;  
  96.         if (leadingDigit == 1)  
  97.         {  
  98.             return powerk * tenPowers / 10 + 1 + reminder + numOfOnes(reminder);  
  99.         }  
  100.         else  
  101.         {  
  102.             return leadingDigit * powerk * tenPowers / 10 + tenPowers + numOfOnes(reminder);  
  103.         }  
  104.     }  
  105.   
  106.     // kind of inverse function value  
  107.     public long inverseFunc(long y)  
  108.     {  
  109.         // we are moving backward to find a x such that x < y <= f(x) and keep x as small as possible.  
  110.   
  111.         // recursion default.  
  112.         if (y <= 0return 0;  
  113.         if (y == 1return 1;  
  114.         if (y == 2return 10;  
  115.   
  116.         // check whether y is in 1's range  
  117.         int m = isInOneRange(y);  
  118.         if (m != -1)  
  119.         {  
  120.             long tmp = y - (m + 1) * power(10, m) - 1;  
  121.             long inc = findRoot(tmp);  
  122.             return power(10, m + 1) + inc;  
  123.         }  
  124.         else  
  125.         {  
  126.             int k = numOfDigits(y) - 1;  
  127.             long tmp = y - power(10, k);  
  128.             long ak = tmp / (k * power(10, k - 1));  
  129.             if (ak > 9) ak = 9// leave the rest to the recursion  
  130.             long remainder = tmp - ak * k * power(10, k - 1);  
  131.             long xRemainder = inverseFunc(remainder);  
  132.             return ak * power(10, k) + xRemainder;  
  133.         }  
  134.     }  
  135.   
  136.     private int isInOneRange(long y)  
  137.     {  
  138.         // This is to check whether the func value is between the function values of 10^n and 2*10^n.  
  139.   
  140.         // this can be done faster since it's sorted, but again I am lazy  
  141.         int k=-1;  
  142.         for (int i=0; i<9; i++)  
  143.         {  
  144.             if (y <= y2[i])  
  145.             {  
  146.                 k = i;  
  147.                 break// first smaller, break out  
  148.             }  
  149.         }  
  150.   
  151.         if (k==-1return -1;  
  152.   
  153.         if (y >= y1[k]) return k;  
  154.         else return -1;  
  155.     }  
  156.   
  157.     private static int numOfDigits(long x)  
  158.     {  
  159.         int i = 0;  
  160.         while (x > 0)  
  161.         {  
  162.             x /= 10;  
  163.             i++;  
  164.         }  
  165.   
  166.         return i;  
  167.     }  
  168.   
  169.     private static long power(long base, int power)  
  170.     {  
  171.         long ret = 1;  
  172.         for (int i=1; i<=power; i++) ret *= base;  
  173.         return ret;  
  174.     }  
  175.   
  176.     public long findRoot(long y)  
  177.     {  
  178.         // find a root for  x + f(x) = y, where f is the number of one's function in the above.  
  179.         // we need a x such that x + f(x)>=y, the least x.  
  180.         // Note that x + f(x) is a mononically increasing function.  
  181.         long x0 = 0;  
  182.         long x1 = y;  
  183.         long x;  
  184.         while (x1 - x0 > 1)  
  185.         {  
  186.             x = x0 + (x1 - x0) / 2;  
  187.             long func = numOfOnes(x) + x;  
  188.             if (func == y) return x;  
  189.             if (func < y)  
  190.             {  
  191.                 x0 = x;  
  192.             }  
  193.             else  
  194.             {  
  195.                 x1 = x;  
  196.             }  
  197.         }  
  198.   
  199.         if (x0 + numOfOnes(x0) == y) return x0;  
  200.         else return x1;  
  201.     }  
  202. }  

There are possible places where we can speed up further, but hardly worth it.
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