異或的性質及運用


 異或是一種基於二進制的位運算,用符號XOR或者 ^ 表示,其運算法則是對運算符兩側數的每一個二進制位,同值取0,異值取1。它與布爾運算的區別在於,當運算符兩側均為1時,布爾運算的結果為1,異或運算的結果為0。

簡單理解就是不進位加法,如1+1=0,,0+0=0,1+0=1。

性質

1、交換律

2、結合律(即(a^b)^c == a^(b^c))

3、對於任何數x,都有x^x=0,x^0=x

4、自反性 A XOR B XOR B = A xor  0 = A

異或運算最常見於多項式除法,不過它最重要的性質還是自反性:A XOR B XOR B = A,即對給定的數A,用同樣的運算因子(B)作兩次異或運算后仍得到A本身。這是一個神奇的性質,利用這個性質,可以獲得許多有趣的應用。 例如,所有的程序教科書都會向初學者指出,要交換兩個變量的值,必須要引入一個中間變量。但如果使用異或,就可以節約一個變量的存儲空間: 設有A,B兩個變量,存儲的值分別為a,b,則以下三行表達式將互換他們的值 表達式 (值) :

 A=A XOR B (a XOR b)

 B=B XOR A (b XOR a XOR b = a) 

 A=A XOR B (a XOR b XOR a = b)

 類似地,該運算還可以應用在加密,數據傳輸,校驗等等許多領域。

運用距離:

1-1000放在含有1001個元素的數組中,只有唯一的一個元素值重復,其它均只出現
一次。每個數組元素只能訪問一次,設計一個算法,將它找出來;不用輔助存儲空
間,能否設計一個算法實現?

解法一、顯然已經有人提出了一個比較精彩的解法,將所有數加起來,減去1+2+...+1000的和。
這個算法已經足夠完美了,相信出題者的標准答案也就是這個算法,唯一的問題是,如果數列過大,則可能會導致溢出。
解法二、異或就沒有這個問題,並且性能更好。
將所有的數全部異或,得到的結果與1^2^3^...^1000的結果進行異或,得到的結果就是重復數。

但是這個算法雖然很簡單,但證明起來並不是一件容易的事情。這與異或運算的幾個特性有關系。
首先是異或運算滿足交換律、結合律。
所以,1^2^...^n^...^n^...^1000,無論這兩個n出現在什么位置,都可以轉換成為1^2^...^1000^(n^n)的形式。

其次,對於任何數x,都有x^x=0,x^0=x。
所以1^2^...^n^...^n^...^1000 = 1^2^...^1000^(n^n)= 1^2^...^1000^0 = 1^2^...^1000(即序列中除了n的所有數的異或)。

令,1^2^...^1000(序列中不包含n)的結果為T
則1^2^...^1000(序列中包含n)的結果就是T^n。
T^(T^n)=n。
所以,將所有的數全部異或,得到的結果與1^2^3^...^1000的結果進行異或,得到的結果就是重復數。

當然有人會說,1+2+...+1000的結果有高斯定律可以快速計算,但實際上1^2^...^1000的結果也是有規律的,算法比高斯定律還該簡單的多。
 
google面試題的變形:一個數組存放若干整數,一個數出現奇數次,其余數均出現偶數次,找出這個出現奇數次的數?
 
解法有很多,但是最好的和上面一樣,就是把所有數異或,最后結構就是要找的,原理同上!!
奇數個異或是本身,偶數個是0;0^a=a;異或有交換律


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