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對二進位制表示的數取反

一個整數,可以表示為二進位制的形式,請給出儘可能多的方法對二進位制進行逆序操作。 例如:10000110 11011000的逆序為 00011011 01100001

分析

題目中說是一個整數,對它的二進位制進行逆序。並不是一個01字串,或者01的陣列。那麼我們該如何解決這個問題呢?方法還是比較多的,有的中規中矩、有的非常巧妙。我們要掌握中規中規的方法,見識更多的巧妙的方法。慢慢的,能夠舉一反三,在遇到新的問題時,能夠有靈思妙想。

最直接的方法

直接的方法,很容易想到:有如下程式碼:int v =111;int r = v;int s =32;for(;0!= v; v >>=1){ 
    r <<=
1; r |= v &1; s--;} r <<= s;System.out.println(r);

程式碼比較好理解,取到v的最低位,作為r的最高位;v每取一次最低位,則右移一位;r每確定一位,則左移一位。同時記錄移動了多少位,最終要補齊。

通過查表的方法

在遇到位操作的問題時,往往題目中限定了總的位數,比如這個題目,我們可以認為32位。這就給我們帶來了一個以空間換時間的解決思路:查表法。位數是固定的,可以申請空間,儲存預先計算好的結果,在計算其他的結果的時候,則查表即可。

32位相對於查表來講,還是太大了。既然這樣縮小範圍,32個bit,也就是4個byte。每個byte 8bit,可以表示0-255的整數。可以通過申請256大小的陣列,儲存這256個整數,二進位制逆序之後的整數。然後將一個32位的整數,劃分為4個byte,每一個byte查表得到逆序的整數:r1,r2,r3,r4。按照r4r3r2r1順序拼接二進位制得到的結果就是最終的答案。

這是一個思路,大家可以進一步思考,嘗試。

巧妙的方法

我們這裡主要分析這個巧妙的方法,核心思想是:分治法。即:

  • 逆序32位分解為兩個逆序16位的
  • 逆序16位分解為兩個逆序8位的
  • 逆序8位分解為兩個逆序4位的
  • 逆序4位分解為兩個逆序2位的

最後一個2位的逆序,直接交換即可。也就是分治遞迴的終止條件。但是,在上面的過程中,還沒有應用到位操作的技巧。根據動態規劃的思想,我們可以自底向上的解決這個問題:

  • 每2位為一組,進行交換,完成2位逆序
  • 每4位為一組,前面2位與後面2位交換,完成4位逆序
  • 每8位為一組,前面4位和後面4為交換,完成8位的逆序
  • 每16位為一組,前面8位和後面8位交換,完成16位的逆序

2組16位的交換,完成32位的逆序

通過下面的例子,詳解上面的過程,我們以16位為例:10000110 11011000

1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0
0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0
0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1
0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1

經過4步,逆序完成。推而廣之,總的時間複雜度為O(logn),n是二進位制的位數。這個方法可以推廣到任意位。

示例程式碼如下:

int v =111;
v =((v >>1)&0x55555555)|((v &0x55555555)<<1);
v =((v >>2)&0x33333333)|((v &0x33333333)<<2);
v =((v >>4)&0x0F0F0F0F)|((v &0x0F0F0F0F)<<4);
v =((v >>8)&0x00FF00FF)|((v &0x00FF00FF)<<8);
v =( v >>16)|( v <<16);System.out.println(v);

上面的思路理解了,程式碼不難理解。例如第二行,前邊是取偶數位,後面是取奇數位,奇數位左移一位,偶數位右移一位,再取或,就是交換了奇數偶數位。也就是第一個步驟。