LeetCode C++ 剑指 Offer 56 - I. 数组中数字出现的次数【Math位操作】中等

tech2024-03-29  30

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 ) O(n) O(n) ,空间复杂度是 O ( 1 ) O(1) 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]

限制: 2 <= nums.length <= 10000

题意:这道题是一个数组只有一个数字出现了一次的拓展。那道题应用异或运算:任何一个数字异或自己都等于零。于是从头到尾异或数组中的每个数字,那么最后的结果刚好是那个只出现一次的数字,其他成对出现的数字都在异或中抵销了。

既然如何,我们试着将原数组分成两个子数组,让每个子数组中包含一个只出现一次的数字,而其他数字都成对出现两次。如果能够这样拆分两个数组,就可以沿用前面的方法,分别找出两个只出现一次的数字。

为此,依次异或数组中的每个数字,最后得到的肯定是两个只出现一次的数字的异或结果,因为其他数字都出现了两次,在异或中被抵消了。由于存在两个数字作为结果,它们肯定不一样,那么它们的异或值二进制表示中至少有一位为 1 1 1 。于是在结果数字中找到第一个为 1 1 1 的位的位置,记为第 k k k 位。注意:两个只出现一次的数字,它们在第 k k k 位肯定不同,于是可以作为区分。

现在以第 k k k 位是否为 1 1 1 为标准,将原数组中的数字分成两个数组——第一个数组中每个数字的第 k k k 位都是 1 1 1 ,第二个数组中的每个数字的第 k k k 位都是 0 0 0 。于是,出现了两次的数字肯定被分配到同一个子数组,因为两个相同的数字它们的任意一位都是相同的;而出现了一次的两个数字被分配到两个子数组中。此后,沿用之前的解法,就可以解决本问题了。

举例如 {2, 4, 3, 6, 3, 2, 5, 5} ,依次异或后得到的结果二进制表示是 0010 ,于是倒数第二位是 1 。根据数字的倒数第二位进行划分,得到两个子数组: {2, 3, 6, 3, 2} 中所有数字的倒数第二位都是 1 ;{4, 5, 5} 中所有数字的倒数第二位都是 0 。接下来分别异或就可以了。

代码如下:

class Solution { public: vector<int> singleNumbers(vector<int>& nums) { if (nums.size() == 2) return nums; int result = 0, first1 = 0; for (const int v : nums) result ^= v; while (!(result & 1)) { result >>= 1; ++first1; } vector<int> ans(2, 0); for (const int v : nums) { if ((v >> first1) & 1) ans[0] ^= v; else ans[1] ^= v; } return ans; } };
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