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Java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级

2021-03-16 13:13Yangcl JAVA教程

这篇文章主要介绍了Java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级,具有一定借鉴价值,需要的朋友可以参考下

当计算超过20以上的阶乘时,阶乘的结果值往往会很大。一个很小的数字的阶乘结果就可能超过目前个人计算机的整数范围。如果需求很大的阶乘,比如1000以上完全无法用简单的递归方式去解决。在网上我看到很多用c、c++和c#写的一些关于大整数阶乘的算法,其中不乏经典但也有很多粗糙的文章。数组越界,一眼就可以看出程序本身无法运行。转载他人文章的时候,代码倒是仔细看看啊。唉,粗糙。过年了,在家闲来蛋疼,仔细分析分析,用java实现了一个程序计算超大整数阶乘。思想取自网上,由我个人优化和改进。

这个方法采用“数组进位”算法。在超越计算机变量取值范围的情况下,将多位数相乘转化为一位数相乘。如11!=39916800,若需求12的阶乘,则需要将39916800与12相乘,可利用乘法分配率。乘法竖式如下图所示:

Java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级

使用一个数组来保存阶乘每一位的结果,一个数组元素保存一位数。例如:将11的阶乘的结果399
16800保存到数组的8个元素中,要计算12的阶乘就用每个数组元素中的值去乘以12,并将结果保存到原来的数组元素中。接下来去判断每个数组元素是否需要进位,通过进位操作使数组中的每个元素保存的数都只有一位数,示意图如下:

Java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级

理论上讲,只要计算机内存空间允许就可以保存任意多位的阶乘结果,不再受变量的取值范围的限制,只受到操作系统的寻址能力和计算机内存的限制。友情提示:如果要求的阶乘数字很大则可以将数组定义为long类型,以避免在计算单位数的乘积时出现溢出的情况。

实现代码如下:

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public class biginteger
{
    /**
     * 计算进位
     * @param bit    数组
     * @param pos 用于判断是否是数组的最高位
     */
    private void carry(int[] bit, int pos)
        {
        int i ,carray = 0;
        for (i = 0 ; i<= pos ;i++)//从0到pos逐位检查是否需要进位
        {
            bit[i] += carray;
            //累加进位
            if(bit[i] <= 9)   //小于9不进位
            {
                carray = 0;
            } else if(bit[i] >9 && i<pos)//大于9,但不是最高位
            {
                carray = bit[i]/10;
                //保存进位值
                bit[i] = bit[i]%10;
                //得到该位的一位数
            } else if(bit[i] > 9 && i >= pos)//大于9,且是最高位
            {
                while(bit[i] > 9)//循环向前进位
                {
                    carray = bit[i]/10;
                    //计算进位值
                    bit[i] = bit[i] % 10;
                    //当前的第一位数
                    i ++ ;
                    bit[i] = carray;
                    //在下一位保存进位值
                }
            }
        }
    }
    /**
     * 大整数阶乘
     * @param biginteger 所计算的大整数
     */
    private void bigfactorial(int biginteger)
        {
        int pos =0;
        //
        int digit;
        //数据长度
        int a , b ;
        int m = 0 ;
        //统计输出位数
        int n = 0 ;
        //统计输出行数
        double sum = 0;
        //阶乘位数
        for (a = 1 ; a <= biginteger ; a ++)//计算阶乘位数
        {
            sum += math.log10(a);
        }
        digit = (int)sum + 1;
        //数据长度
        int[] fact = new int[digit];
        //初始化一个数组
        fact[0] = 1;
        //设个位为 1
        for (a = 2 ; a <= biginteger ; a++ )//将2^biginteger逐个与原来的积相乘
        {
            for (b = digit-1 ; b >= 0 ; b--)//查找最高位{}
            {
                if( fact[b] != 0 )
                                {
                    pos = b ;
                    //记录最高位
                    break;
                }
            }
            for (b = 0; b <= pos ; b++)
                        {
                fact[b] *= a ;
                //每一位与i乘
            }
            carry(fact,pos);
        }
        for (b = digit-1 ; b >= 0 ; b --)
                {
            if(fact[b] != 0)
                        {
                pos = b ;
                //记录最高位
                break;
            }
        }
        system.out.println(biginteger +"阶乘结果为:");
        for (a = pos ; a >= 0 ; a --)//输出计算结果
        {
            system.out.print(fact[a]);
            m++;
            if(m % 5 == 0)
                        {
                system.out.print(" ");
            }
            if(40 == m )
                        {
                system.out.println("");
                m = 0 ;
                n ++;
                if(10 == n )
                                {
                    system.out.print("\n");
                    n = 0;
                }
            }
        }
        system.out.println("\n"+"阶乘共有: "+(pos+1)+" 位");
    }
    public void dobigfactorial(int biginteger)
        {
        int timebegin=(int) system.currenttimemillis();
        this.bigfactorial(biginteger);
        int timefinishi=(int) system.currenttimemillis();
        int time = timefinishi-timebegin;
        system.out.println("计算耗时: " + time +"毫秒" );
    }
    public static void main(string[] args)
        {
        biginteger bi = new biginteger();
        bi.dobigfactorial(100000);
    }
}

计算10,0000的阶乘,显示结果如下:

Java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级

这样的结果,控制台显然已经无法保存内容了。10万的阶乘有45万位之多,这就相当于一本有45万字的小说一样。对比1000的阶乘结果如下:

Java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级

控制台可以完整显示。

总结

以上就是本文关于java版超大整数阶乘算法代码详解-10,0000级的全部内容,希望对大家有所帮助。如有不足之处,欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持!

原文链接:http://www.open-open.com/home/space-135360-do-blog-id-9620.html

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