打印从1到最大的n位数-怎样打印1到300的序号

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前言

有一个数字n，我们需要按照顺序输出从1到最大的n位十进制数，例如：n = 3，则输出1、2、3...一直到最大的3位数999。

本文将将带着大家一起解决这个问题，分析解决思路与实现方法，欢迎各位感兴趣的开发者阅读本文。

循环解法

当我们过一眼这个问题后，脑海中想到的第一个思路肯定是：

先求出这个最大的n位数
用一个循环从1开始逐个打印至最大的n位数

很轻松就能写出如下所示的代码：

export default class PrintMaxNumber {
  // 通过遍历获取最大值
  public traverseForMax(n: number): void {
    let maxNumber = 1;
    let i = 0;
    while (i++ < n) {
      // 每次对结果*10，得出最小的n+1位的值
      maxNumber *= 10;
    }
    // 输出1到最大值-1位置的值，就是n位数的最大值
    for (let i = 1; i < maxNumber; i++) {
      console.log(i);
    }
  }
}

这段代码乍一看没啥问题，当n = 3的时候可以正常输出1～999之间的所有值，但是题目中n并没有规定具体范围，当n很大的时候，超出了js可以表示的最大范围，代码将无法运行。

排列解法

上述思路无法解决大数问题，接下来我们换一种思路来考虑这个问题。如果我们在数字前面补0，就会发现n位所有十进制数其实就是n个从0～9的全排列。也就是说，只要我们把数字的每一位都从0～9排列一遍，就得到了所有的十进制数。

全排列使用递归的方式很容易表达，数字的每一位都只可能是0～9中的一个数，然后设置下一位。递归结束的条件就是我们已经设置了数字的最后一位。

注意：对递归不了解的开发者，请移步我的另一篇文章：递归的理解与实现[1]

接下来，我们来看下实现思路：

准备一个数组用于描述数字的所有位数
从0遍历至9，进入循环

填充数字的最高位，即数组的0号元素
调用递归函数，填充数组其他位置的元素，即除最大位外的其他位

递归函数的实现

计算下一位，填充数组下一位的值。
继续执行递归函数
接受三个参数：数字位数组、数字的总位数、当前位
基线条件：当前位是最大位的前一位
从0遍历至9，进入循环：

我们举个例子，通过一个图来描述下上述思路的执行过程，我们用n来描述所求位数，当n=3时，那么递归树就如下所示：

A控制百位，使用递归从0排列至9
B控制十位与个位，使用递归从0排列至9

注意：A中的遍历永远只关注最高位数字的排列赋值，B中的遍历关注其它位数字的排列赋值。当执行栈中的B执行完时，则代表其他位已经排列到了9。此时A中的遍历就会继续执行，修改最高位的值。重复上述流程，直至A中的遍历结束，所有的数字也就排列完成了。

提取正确的数字

当递归的基线条件满足时，我们就需要将当前数字位数组中的值打印出来，我们在存储的时候给每一位数字的后面加多了一个0，我们打印时需要进一步处理，取出有效值即可，实现思路如下：

通过遍历，取出数组中每一项字符串的第0号元素
从取出的字符串中，从最高位开始遍历找到第一个非0数，将其存起来
最后，输出存储的值即可。

实现代码

思路有了，理论也可行，那么代码就能轻松写出来了，如下所示：

export default class PrintMaxNumber {
  public maxNumberToStr(n: number): void {
    if (n <= 0) return;
    const numberStr: string[] = [];
    // 控制数字最高位的排列(0 ~ 9)
    for (let i = 0; i < 10; i++) {
      numberStr[0] = i + "0";
      this.printToMaxRecursively(numberStr, n, 0);
    }
  }

 /**
   * 递归获取最大值
   * @param numStr 数字位数组
   * @param length 数字位数
   * @param index 当前位
   * @private
   */
  private printToMaxRecursively(
    numStr: string[],
    length: number,
    index: number
  ): void {
    if (index === length - 1) {
      // 打印
      PrintMaxNumber.printNumber(numStr);
      return;
    }
    // 控制数字其他位的排列（0 ~ 9）
    for (let i = 0; i < 10; i++) {
      const nextIndex = index + 1;
      numStr[nextIndex] = i + "0";
      this.printToMaxRecursively(numStr, length, nextIndex);
    }
  }

  /**
   * 输出数字位数组中的有效数字
   * @param numStr
   * @private
   */
  private static printNumber(numStr: string[]): void {
    const nLength = numStr.length;
    let remove0Val = "";

    // 筛选除去多余0后的值
    // 假设此时的值是3位数，那么对应的数组就为["00","00","10"], 数组每一项值的第0位才是我们需要的值
    for (let i = 0; i < nLength; i++) {
      const strVal = numStr[i];
      // 取数组每一项的第0位
      remove0Val += strVal[0];
    }

    let finalVal = "";
    // 是否从0开始
    let isBeginning0 = true;
    // 筛选出第一个非0值的字符索引
    for (let i = 0; i < remove0Val.length; i++) {
      // 从0开始的状态为true且当前字符不为0
      if (isBeginning0 && remove0Val[i] !== "0") {
        // 表示我们已找到第一个非0数，修改状态
        isBeginning0 = false;
      }

      // 当前位的数非0，将其存起来
      if (!isBeginning0) {
        finalVal += remove0Val[i];
      }
    }
    if (finalVal !== "") {
      console.log(finalVal);
    }
  }
}

测试用例

接下来，我们来测试下当n = 3时，上述代码能否正常运行。

import PrintMaxNumber from "../PrintMaxNumber.ts";

const printNumber = new PrintMaxNumber();
printNumber.maxNumberToStr(3);

运行结果如下所示，符合预期。

image-20220209011016743

示例代码

本文所列举的完整示例代码请移步：

PrintMaxNumber.ts[2]
printMaxNumber-test.ts[3]

写在最后

至此，文章就分享完毕了。

我是神奇的程序员，一位前端开发工程师。

参考资料

[1]递归的理解与实现: https://juejin.cn/post/6844904197612109838

[2]PrintMaxNumber.ts: https://github.com/likaia/algorithm-practice/blob/3e998c85e40f37101e8d47a5eb5a97eb88e6a21d/src/PrintMaxNumber.ts

[3]printMaxNumber-test.ts: https://github.com/likaia/algorithm-practice/blob/3e998c85e40f37101e8d47a5eb5a97eb88e6a21d/src/test-case/printMaxNumber-test.ts

[4]个人网站: https://www.kaisir.cn/