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位操作Bit Operation算法題

single 這一 bit 一個數 簡單 tro -c 遍歷數組 二進制

這是一道看完答案會覺得很簡單,但做之前很難想到答案的題目!!!

不信?

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題目描述

給定一個非空整數數組,除了某個元素只出現一次以外,其余每個元素均出現兩次。找出那個只出現了一次的元素。

說明:

你的算法應該具有線性時間復雜度。 你可以不使用額外空間來實現嗎?

示例 1:

輸入: [2,2,1]
輸出: 1

示例 2:

輸入: [4,1,2,1,2]
輸出: 4

題目解析

根據題目描述,由於加上了時間復雜度必須是O(n),並且空間復雜度為O(1)的條件,因此不能用排序方法,也不能使用map數據結構。

小吳想了一下午沒想出來,答案是使用 位操作Bit Operation

來解此題。

將所有元素做異或運算,即a[1] ⊕ a[2] ⊕ a[3] ⊕ …⊕ a[n],所得的結果就是那個只出現一次的數字,時間復雜度為O(n)。

異或

異或運算A ⊕ B的真值表如下:

AB
F F F
F T T
T F T
T T F

動畫演示

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進階版

有一個 n 個元素的數組,除了兩個數只出現一次外,其余元素都出現兩次,讓你找出這兩個只出現一次的數分別是幾,要求時間復雜度為 O(n) 且再開辟的內存空間固定(與 n 無關)。

示例 :

輸入: [1,2,2,1,3,4]
輸出: [3,4]

題目再解析

根據前面找一個不同數的思路算法,在這裏把所有元素都異或,那麽得到的結果就是那兩個只出現一次的元素異或的結果。

然後,因為這兩個只出現一次的元素一定是不相同的,所以這兩個元素的二進制形式肯定至少有某一位是不同的,即一個為 0 ,另一個為 1 ,現在需要找到這一位。

根據異或的性質 任何一個數字異或它自己都等於 0,得到這個數字二進制形式中任意一個為 1 的位都是我們要找的那一位。

再然後,以這一位是 1 還是 0 為標準,將數組的 n 個元素分成兩部分。

  • 將這一位為 0 的所有元素做異或,得出的數就是只出現一次的數中的一個

  • 將這一位為 1 的所有元素做異或,得出的數就是只出現一次的數中的另一個。

這樣就解出題目。忽略尋找不同位的過程,總共遍歷數組兩次,時間復雜度為O(n)。

動畫再演示

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End

本題的基礎版來源於 LeetCode 第 136 號問題:只出現一次的數字。雖然題目難度是 簡單,但解法真的很巧妙。感興趣的同學可以根據思路去回答一下:https://leetcode-cn.com/problems/single-number/ 。

位操作Bit Operation算法題