JAVA经典百题之找完数

题目：一个数如果恰好等于它的因子之和，这个数就称为"完数"。例如6=1＋2＋3.编程找出1000以内的所有完数。

程序分析

首先，我们需要编写一个程序来找出1000以内的所有完数。"完数"是指一个数等于它的因子之和，因此，我们需要遍历每个数，计算它的因子并检查是否满足这个条件。

解题思路

我们可以使用三种不同的方法来实现这个程序：

1. 暴力法：对每个数进行因子分解，并检查是否满足完数条件。

2. 优化暴力法：减少因子的搜索范围，通过观察发现因子一定在 1 到 sqrt(n) 之间。

3. 欧几里得算法：利用数论知识，将因子的搜索范围缩小到 sqrt(n) 以内。

1. 暴力法

程序实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class PerfectNumbers {public static boolean isPerfect(int num) {int sum = 1;  // 1 is always a factor of any numberfor (int i = 2; i <= num / 2; i++) {if (num % i == 0) {sum += i;}}return (sum == num);}public static List<Integer> findPerfectNumbers(int limit) {List<Integer> perfectNumbers = new ArrayList<>();for (int i = 2; i <= limit; i++) {if (isPerfect(i)) {perfectNumbers.add(i);}}return perfectNumbers;}public static void main(String[] args) {int limit = 1000;List<Integer> perfectNumbers = findPerfectNumbers(limit);System.out.println("Perfect numbers within 1 to " + limit + ": " + perfectNumbers);}
}

优缺点

• 优点：

  • 实现简单，容易理解。

• 缺点：

  • 算法效率较低，时间复杂度为 O(n^2)，对于较大范围的数需要大量计算。

2. 优化暴力法

程序实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class PerfectNumbers {public static boolean isPerfect(int num) {int sum = 1;  // 1 is always a factor of any numberfor (int i = 2; i <= Math.sqrt(num); i++) {if (num % i == 0) {sum += i;if (i != num / i) {sum += num / i;}}}return (sum == num);}public static List<Integer> findPerfectNumbers(int limit) {List<Integer> perfectNumbers = new ArrayList<>();for (int i = 2; i <= limit; i++) {if (isPerfect(i)) {perfectNumbers.add(i);}}return perfectNumbers;}public static void main(String[] args) {int limit = 1000;List<Integer> perfectNumbers = findPerfectNumbers(limit);System.out.println("Perfect numbers within 1 to " + limit + ": " + perfectNumbers);}
}

优缺点

• 优点：

  • 优化了因子的搜索范围，时间复杂度为 O(n*sqrt(n))，比暴力法效率高。

• 缺点：

  • 仍然需要对每个数进行因子分解，效率仍然不是最优。

3. 欧几里得算法

程序实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class PerfectNumbers {public static boolean isPerfect(int num) {if (num <= 1)return false;int sum = 1;  // 1 is always a factor of any numberfor (int i = 2; i * i <= num; i++) {if (num % i == 0) {sum += i;if (i != num / i) {sum += num / i;}}}return (sum == num);}public static List<Integer> findPerfectNumbers(int limit) {List<Integer> perfectNumbers = new ArrayList<>();for (int i = 2; i <= limit; i++) {if (isPerfect(i)) {perfectNumbers.add(i);}}return perfectNumbers;}public static void main(String[] args) {int limit = 1000;List<Integer> perfectNumbers = findPerfectNumbers(limit);System.out.println("Perfect numbers within 1 to " + limit + ": " + perfectNumbers);}
}

优缺点

• 优点：

  • 采用了更优化的因子搜索范围，时间复杂度为 O(n*sqrt(n)/log(n))，效率比前两种方法更高。

• 缺点：

  • 需要理解欧几里得算法，可能对于初学者有一定难度。

总结

• 在这个问题中，欧几里得算法是最优的选择，具有较高的效率和较小的时间复杂度。它通过缩小因子搜索范围，减少了不必要的计算，使得程序更高效。

• 如果对于简单问题或者不追求高效率，暴力法是一种简单易懂的解决方案。

• 优化暴力法介于两者之间，比暴力法效率高，但比欧几里得算法略逊一筹。可根据实际情况选择使用。

综上所述，推荐使用欧几里得算法来解决这个问题。