剑指offer第56题 数组中数字出现的次数(位运算)



问题一:两个只出现一次的数

问题描述:

一个整型数组 nums 里除两个数字之外,其他数字都出现了两次。请写程序找出这两个只出现一次的数字。要求时间复杂度是O(n),空间复杂度是O(1)。

示例 1:

输入:nums = [4,1,4,6]
输出:[1,6][6,1]

示例 2:

输入:nums = [1,2,10,4,1,4,3,3]
输出:[2,10][10,2]

解题思路:

  这题的难点在于有两个数只出现了一次,如果是一个数的话可以直接将所有数进行异或得到结果。
  为了解决这个问题,我们可以将这些数分成两组进行异或,但是必须保证两个只出现一次的数分别在两个组里,并且相同的数要在同一个组里;这样两组异或的结果就能得到两个只出现一次的数。
  关键问题就是怎么保证两个只出现一次的数分别被分入两个组中(即两个数不在同一组);我们可以先将所有的数进行异或得到那两个数结果。然后随便找一个异或结果为1的位置,在这个位置上两个数的值一定不相同,不然不可能异或的结果为1。我们便可以根据这个位置进行分组。
  因为相同的数在同一个位置上肯定是相同的,所以我们根据找到的位置也可以保证相同的数会进入同一个组。

位运算的使用技巧参考文章:位运算的奇巧淫技

代码实现:

public int[] singleNumbers(int[] nums) {
    
    
    int ret = 0;
    //将所有数进行异或运算,得到两个只出现一次的数异或的结果
    for (int n : nums) {
    
    
        ret ^= n;
    }
    int div = 1;
   //找1第一次出现的位置,根据这个位置将两个只出现一次的数分到两组里
    while ((div & ret) == 0) {
    
      
        div <<= 1;
    }
    int a = 0, b = 0;
    //将数组中的元素分成两组分别进行异或,两个只出现一次的数字分别在两个组里,
    //且相同的数字在同一个组里,因为相同的数字在同一个位置上的数肯定是相同的。
    for (int n : nums) {
    
    
        if ((div & n) != 0) {
    
      //找在那个位置上也是1的数
            a ^= n;
        } else {
    
    
            b ^= n;
        }
    }
    return new int[]{
    
    a, b};
}

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问题二:一个只出现一次的数

问题描述:

在一个数组 nums 中除一个数字只出现一次之外,其他数字都出现了三次。请找出那个只出现一次的数字。

示例 1:

输入:nums = [3,4,3,3]
输出:4

示例 2:

输入:nums = [9,1,7,9,7,9,7]
输出:1

解题思路:

  这题的难点在于相同的数出现了三次。
  这题用位运算解决要用到一个规律:N个相同的N进制进行不进位的加法结果为0。比如:两个相同的二进制进行不进位的加法(相当于异或运算)结果为0. 有了这个规律我们可以将数组的数都转换为是三进制,然后进行相加。最终结果就会得到那个只出现一次的数的三进制表示。把这个三进制转换为十进制就行了。

位运算的使用技巧参考文章:位运算的奇巧淫技

代码实现:

    public int singleNumber(int[] a) {
    
    
		int len = a.length;
		char[][] s = new char[len][];
		int maxlen = 0;  //用统计每一行的最大长度
		for(int i=0; i<len; i++){
    
    //转换为三进制
			s[i] = new StringBuffer(Integer.toString(a[i], 3)).reverse().toString().toCharArray();
			//将字符串逆转是为了下面更好计算
			if(s[i].length > maxlen) maxlen = s[i].length;
		}
		int[] res = new int[maxlen];
		for(int i=0; i<len; i++){
    
    //不进位的加法
			for(int j=0; j<s[i].length; j++){
    
    
				res[j] = res[j] + (s[i][j] - '0');
				res[j] = res[j]%3;
			}
		}
		int sum = 0;
		for(int i=0; i<maxlen; i++){
    
    //将三进制转换为十进制
			sum += res[i]*Math.pow(3, i);
		}
		return sum;
    }

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