Leetcode 600.不包含连续1的非负整数

不包含连续1的非负整数

给定一个正整数 n，找出小于或等于 n 的非负整数中，其二进制表示不包含 连续的1 的个数。

示例 1:

输入: 5

输出: 5

解释:

下面是带有相应二进制表示的非负整数<= 5：

0 : 0

1 : 1

2 : 10

3 : 11

4 : 100

5 : 101

其中，只有整数3违反规则（有两个连续的1），其他5个满足规则。

说明: 1 <= n <= 10⁹

思路

考虑一种比较简单的情况，如果n=2^k - 1，其中k为正整数，那么问题就变成二进制数00……0（k个0）到11……1（k个1）中有几个数不包含连续的1，设答案为f(k)。

我们可以考虑k位二进制数的第一位：如果第一位是0，那么第二位既可以取0也可以取1，也就是说对后面的k-1位无影响，所以第一位为0的满足条件的数总共有f(k-1)个；如果第一位是1，那么由于不能出现连续的1，第二位只能取0，但是对后面的k-2位无影响，所以第一位为1的满足条件的数总共有f(k-2)个。

这样，我们就得到了：f(k) = f(k-1) + f(k-2)。边界条件为f(1)=2以及f(2)=3，由于f(0)=1满足原问题的题意也满足上述的转移方程，故可以取边界条件f(0)=1，f(1)=2。

对于n不是2^k-1的一般情况，与上一点的不同之处在于：上一点中只要满足二进制位长度不超过k，那么这个数就不会超过n=2^k - 1，而这种情况需要具体考虑不超过n的数。

假设n的二进制有k位，最高位为1，其二进制为1xx……x（x表示0或1），那么0到n可分为00……0（k个0）到011……1（一个0，k-1个1）和100……0（一个1，k-1个0）到1xx……x（即n）两个部分。

前一个部分即0到2^(k-1)-1，这部分中满足条件的答案为f(k-1)；第二部分则需进一步讨论：如果n的二进制从左往右第二位为1，即n的形式为11x……x，那么因为题目要求不能有连续的1，所以这一位只能取0，这样的数一定小于n，所以后k-2位不受大小的限制，答案为f(k-2)，并结束计算；如果n的二进制从左往右第二位为0，即n的形式为10x……x，那么为满足不超过n的条件，第二位也只能取0，这样问题就变为从100……0到10x……x之间有多少满足条件的数，这样就可以继续对n的二进制的后k-2位进一步进行类似的讨论。

举个例子，n=10，二进制为1010：

对于最高位的1，我们将0到1010分为0到111和1000到1010两部分，前一部分的个数为f(3) = 5。

第二部分为1000到1010，最高位确定取1，而n的二进制从左往右第二位为0，为满足不超过n的条件，满足条件的数从左往右第二位只能取0。

n的二进制从左往右第三位为1，这样我们又可以按i中的方法，把1000到1010再次分成1000到1001和1010两个部分，前一部分的个数为f(1) = 2。

到n的最低位，为0，故最后一位只能取0，按照之前的算法这一步不会增加答案，但由于n=1010b本身还没有计入，故再加1。

最后得到答案5+2+1=8。

n的二进制长度为log(n)，故该算法的时间复杂度为O(log(n))。

第一种情况示意

第二种情况示意：

 

class Solution {
    public int findIntegers(int num) {
        if(num==0) return 1;
        String binary = Integer.toBinaryString(num);
        int len=binary.length();
        int[] f = new int[len+1];
        f[0]=1;
        f[1]=2;
        //计算场i的二进制位符合要求的个数
        for(int i=2; i<=len; i++) {
            f[i] = f[i-1]+f[i-2];
        }
        //计算0~n的符合要求的总个数
        int sum=0;
        for(int i=0, k=len; i<len; i++,k--) {
            if(binary.charAt(i)=='1') {
                sum+=f[k-1];
                if(i>0 && binary.charAt(i-1)=='1') {
                    return sum;
                }
            }
        }
        //先前没有return，到这里，说明n本身没有算进去
        sum++;
        return sum;
    }
}