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剑指offer 编程题(38):数组中只出现一次的数字

程序员文章站 2022-03-08 15:55:35
...

一个整型数组里除了两个数字之外,其他的数字都出现了两次。请写程序找出这两个只出现一次的数字。

class Solution {
public:
    void FindNumsAppearOnce(vector<int> data,int* num1,int *num2) 
    {
        if(data.size() <= 0)
        {
            return;
        }
        map<int, int> m;
        for(int i = 0;i < data.size();i++)
        {
            ++m[data[i]];
        }
        for(int i = 0;i < data.size();i++)
        {
            if(m[data[i]] == 1)
            {
                *num2 = *num1;
                *num1 = data[i];
            }
        }
    }
};

分析:由于题目要求时间复杂度为O(n),所以先排序然后比较相邻数字是否相同的思路被排除。
空间复杂度是O(1),辅助空间被限制,所以hash表的思路也被排除。
那么这个题的突破口在哪里呢?注意这个数组的特殊性:其它数字都出现了两次,只有一个数出现了一次。可以想到运用异或运算,任何一个数字异或它自己都等于0。
如果我们从头到尾依次异或数组中的每一个数,那么最终的结果就是那个只出现一次的数字,因为其他出现两次的数字全部在异或中被抵消为0了(异或运算遵循交换分配率)。
举个栗子:2 3 4 2 3
所有数字依次异或运算:2 xor 3 xor 4 xor 2 xor 3 = (2 xor 2) xor (3 xor 3) xor 4= 0 xor 0 xor 4 = 4
最终结果4就是我们要找的那个只出现一次的数字。

void FindNumsAppearOnce(int data[], int length, int &num1)  
{  
    if (length < 2)  
        return;  
    int resultExclusiveOR = 0;  
    for (int i = 0; i < length; ++ i)  
        resultExclusiveOR ^= data[i];  
        num1=resultExclusiveOR ;  
}  

如果我们能把原来问题中的数组,分成2个子数组,使得每个子数组中都只有一个唯一的元素以及很多成对的元素,那么我们就可以求出每个子数组中唯一的元素,最终就可以得到原数组中2个出现次数唯一的元素。

方法是这样的:

  1. 首先数组中所有元素依次异或,因为相同的元素异或得到0,所以最终的答案就等于那2个唯一的元素a^b的值。

  2. 因为a,b不同,所以异或得到的答案肯定是不等于0的,那么我们就找到a^b的二进制表示中第一个为1的位,假如是第k位。而a,b两个数在第k位上是不同的,一个为0,一个为1

  3. 接下来我们将第k位是1的分成一组,第k位是0的分成一组,如果2个元素相同,那么他们第k位肯定是一样的,所以肯定被分到同一组中。而a,b则被分到2组中去了。

然后我们就可以在每个分组中异或每一个元素,最终就可以得到那2个唯一的元素。

class Solution {
public:
    void FindNumsAppearOnce(vector<int> data,int* num1,int *num2) {
        if(data.size()==0) return;
        int flag=0;
        for(int i=0;i<data.size();i++)
            flag=flag ^ data[i];
        int index=0;
        while(((flag&1)==0)&&flag)
            {
            flag=flag>>1;
            index++;
        }
        for(int i=0;i<data.size();i++)
            {
            if(((data[i]>>index)&1)==1)
                *num1=*num1^data[i];
            else
                *num2=*num2^data[i];
        }
        return;
    }
};
class Solution {
public:
    void FindNumsAppearOnce(vector<int> data,int* num1,int *num2) {
        if(data.size()==0 || data.size()<2)
            return;
        int xor_result=data[0];
        for(int i=1;i<data.size();i++){
             xor_result^=data[i];
        }
        if( xor_result==0)
            return;
        int ind=0;
        while(( xor_result&1)==0){
            ind++;
             xor_result= xor_result>>1;
        }
        *num1=*num2=0;
        for(int i=0;i<data.size();i++){
            if(isbit(data[i],ind))
                *num1^=data[i];
            else
                *num2^=data[i];
        }

    }
    bool isbit(int num,int index){
        num=num>>index;
        return (num&1);
    }
};