LeetCode-Book/leetbook_ioa/docs/LCR 163. 找到第 k 位数字.md

解题思路：

文名词规定如下：

1. 将 101112 \cdots 中的每一位称为 数位 ，记为 k ；
2. 将 10, 11, 12, \cdots 称为 数字 ，记为 num ；
3. 数字 10 是一个两位数，称此数字的 位数 为 2 ，记为 digit ；
4. 每 digit 位数的起始数字（即：$1, 10, 100, \cdots$），记为 start ；

{:align=center width=450}

观察上表，可推出各 digit 下的数位数量 count 的计算公式：

count = 9 \times start \times digit

根据以上分析，可将求解分为三步：

1. 确定 k 所在 数字 的 位数 ，记为 digit ；
2. 确定 k 所在的 数字 ，记为 num ；
3. 确定 k 是 num 中的哪一数位，并返回结果；

1. 确定所求数位的所在数字的位数

如下图所示，循环执行 k 减去 一位数、两位数、... 的数位数量 count ，直至 k \leq count 时跳出。

由于 k 已经减去了一位数、两位数、...、(digit-1) 位数的 数位数量 count ，因而此时的 k 是从起始数字 start 开始计数的。

digit, start, count = 1, 1, 9
while k > count:
    k -= count
    start *= 10 # 1, 10, 100, ...
    digit += 1  # 1,  2,  3, ...
    count = 9 * start * digit # 9, 180, 2700, ...

int digit = 1;
long start = 1;
long count = 9;
while (k > count) {
   k -= count;
   start *= 10; // 1, 10, 100, ...
   digit += 1;  // 1,  2,  3, ...
   count = digit * start * 9; // 9, 180, 2700, ...
}

int digit = 1;
long start = 1;
long count = 9;
while (k > count) { // 1.
   k -= count;
   start *= 10; // 1, 10, 100, ...
   digit += 1;  // 1,  2,  3, ...
   count = digit * start * 9; // 9, 180, 2700, ...
}

结论： 所求数位 (1) 在某个 digit 位数中； (2) 为从数字 start 开始的第 k 个数位。

{:align=center width=500}

2. 确定所求数位所在的数字

如下图所示，所求数位 在从数字 start 开始的第 [(k - 1) / digit] 个 数字 中（ start 为第 0 个数字）。

num = start + (k - 1) // digit

long num = start + (k - 1) / digit;

long num = start + (k - 1) / digit;

结论： 所求数位在数字 num 中。

{:align=center width=500}

3. 确定所求数位在 num 的哪一数位

如下图所示，所求数位为数字 num 的第 (k - 1) \mod digit 位（ 数字的首个数位为第 0 位）。

s = str(num) # 转化为 string
res = int(s[(k - 1) % digit]) # 获得 num 的 第 (k - 1) % digit 个数位，并转化为 int

String s = Long.toString(num); // 转化为 string
int res = s.charAt((k - 1) % digit) - '0'; // 获得 num 的 第 (k - 1) % digit 个数位，并转化为 int

string s = to_string(num); // 转化为 string
int res = s[(k - 1) % digit] - '0'; // 获得 num 的 第 (k - 1) % digit 个数位，并转化为 int

结论： 所求数位是 res 。

{:align=center width=500}

整体流程如下图所示。

<,,>

代码：

class Solution:
    def findKthNumber(self, k: int) -> int:
        digit, start, count = 1, 1, 9
        while k > count: # 1.
            k -= count
            start *= 10
            digit += 1
            count = 9 * start * digit
        num = start + (k - 1) // digit # 2.
        return int(str(num)[(k - 1) % digit]) # 3.

class Solution {
    public int findKthNumber(int k) {
        int digit = 1;
        long start = 1;
        long count = 9;
        while (k > count) { // 1.
            k -= count;
            start *= 10;
            digit += 1;
            count = digit * start * 9;
        }
        long num = start + (k - 1) / digit; // 2.
        return Long.toString(num).charAt((k - 1) % digit) - '0'; // 3.
    }
}

class Solution {
public:
    int findKthNumber(int k) {
        int digit = 1;
        long start = 1;
        long count = 9;
        while (k > count) { // 1.
            k -= count;
            start *= 10;
            digit += 1;
            count = digit * start * 9;
        }
        long num = start + (k - 1) / digit; // 2.
        return to_string(num)[(k - 1) % digit] - '0'; // 3.
    }
};

复杂度分析：

• 时间复杂度 O(\log k) ： 所求数位 k 对应数字 num 的位数 digit 最大为 O(\log k) ；第一步最多循环 O(\log k) 次；第三步中将 num 转化为字符串使用 O(\log k) 时间；因此总体为 O(\log k) 。
• 空间复杂度 O(\log k) ： 将数字 num 转化为字符串 str(num) ，占用 O(\log k) 的额外空间。