一、異或介紹
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。
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
二、異或使用
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 ^ B ^ 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。
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 ^ B B = B ^ A A = A ^ B
例:
int a = 10, b = 5;
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = 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。
三、應用舉例
問題: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,最后結果就是要找的,原理同上!!代碼如下:
public void fun() { int a[] = { 22, 38,38, 22,22, 4, 4, 11, 11 }; int temp = 0; for (int i = 0; i < a.length; i++) { temp ^= a[i]; } System.out.println(temp); }
四、交換兩個數的三種方法
int a=5,b=10; a=a+b; //a=15,b=10 b=a-b; //a=15,b=5 a=a-b; //a=10,b=5
但是這樣做有一個缺陷,假設它運行在vc6環境中,那么int的大小是4 Bytes,所以int變量所存放的最大值是2^31-1即2147483647,如果我們令a的值為2147483000,b的值為1000000000,那么a和b相加就越界了。
事實上,從實際的運行統計上看,我們發現要交換的兩個變量,是同號的概率很大,而且,他們之間相減,越界的情況也很少,因此我們可以把上面的加減法互換,這樣使得程序出錯的概率減少:
int a=5,b=10; a -= b; //a=-5,b=10 b += a; //b=5,a=-5 a = b - a; //a=10,b=5
通過以上運算,a和b中的值就進行了交換。表面上看起來很簡單,但是不容易想到,尤其是在習慣引入第三變量的算法之后。
它的原理是:把a、b看做數軸上的點,圍繞兩點間的距離來進行計算。
具體過程:第一句“a-=b”求出ab兩點的距離,並且將其保存在a中;第二句“b+=a”求出a到原點的距離(b到原點的距離與ab兩點距離之差),並且將其保存在b中;第三句“a+=b”求出b到原點的距離(a到原點距離與ab兩點距離之和),並且將其保存在a中。完成交換。
參考文獻: https://www.cnblogs.com/JhSonD/p/6374397.html