題目描述:
一個整型數組里除了兩個數字之外,其他的數字都出現了兩次。請寫程序找出這兩個只出現一次的數字。要求時間復雜度為O(n),空間復雜度為O(1)。
解題思路:
這道題目相對比較難,一般情況下,我們首先可以想到的是順序掃描數組,但其時間復雜度為O(n^2)。進一步也可以想到用哈希表保存每一個數次出現的次數,但是這使用了輔助空間,空間復雜度為O(n)。顯然均不滿足題目要求。
我們先來看一個比較簡單的情況,如果數組中只有一個數字出現一次,其他都出現兩次。那么我們應該可以想到異或運算。異或運算有一個比較好的性質是:相同為0,相異為1。也就是說,任何一個數字異或它自己都等於0,而0異或任何數都等於那個數。因此,我們從頭到尾依次異或數組中的每個數字,那么最終結果剛好是那個只出現一次的數字,重復的數字在異或過程中被抵消了。
這是一種比較巧妙的思路,然而,本題只出現一次的數字有兩個,簡單的異或無法解決。但是,借助這種思路,我們可以進一步分析,如果我們能把數組分成兩個子數組,使每個子數組包含一個只出現一次的數字,而其他數字成對出現,那么我們通過上述解法就可以找到兩個元素。
具體思路是:我們首先仍然從前向后依次異或數組中的數字,那么得到的結果是兩個只出現一次的數字的異或結果,其他成對出現的數字被抵消了。由於這兩個數字不同,所以異或結果肯定不為0,也就是這個異或結果一定至少有一位是1,我們在結果中找到第一個為1的位的位置,記為第n位。接下來,以第n位是不是1為標准,將數組分為兩個子數組,第一個數組中第n位都是1,第二個數組中第n位都是0。這樣,便實現了我們的目標。最后,兩個子數組分別異或則可以找到只出現一次的數字。
舉例:
以{2,4,3,6,3,2,5,5}為例:
我們依次對數組中的每個數字做異或運行之后,得到的結果用二進制表示是0010。異或得到結果中的倒數第二位是1,於是我們根據數字的倒數第二位是不是1分為兩個子數組。第一個子數組{2,3,6,3,2}中所有數字的倒數第二位都是1,而第二個子數組{4,5,5}中所有數字的倒數第二位都是0。接下來只要分別兩個子數組求異或,就能找到第一個子數組中只出現一次的數字是6,而第二個子數組中只出現一次的數字是4。
編程實現(Java):
//num1,num2分別為長度為1的數組。傳出參數
//將num1[0],num2[0]設置為返回結果
public class Solution {
public void FindNumsAppearOnce(int [] array,int num1[] , int num2[]) {
/*
思路:數組中的元素先依次異或,相同為0,則得到的是兩個只出現一次的數的異或結果
對於得到的異或結果,找到其第一個為1的位
該位為1,說明兩個只出現一次的數該位不同,所以按照該位是0還是1將數組分成兩部分
這樣,出現兩次的數字都會分到同一個部分,而兩個只出現一次的數正好被分開,再各自異或可得結果
*/
if(array==null||array.length<2)
return ;
int res=0;
for(int num:array) //數組中的元素先依次異或,相同為0,則得到的是兩個只出現一次的數的異或結果
res ^= num;
int index=0; //找到其第一個為1的位
for(;index<32;index++){
if(((res>>index) & 1)==1)
break;
}
num1[0]=0;
num2[0]=0;
for(int num:array){ //按照該位是0還是1將數組分成兩部分,分別異或
if(((num>>index)&1)==1)
num1[0] ^= num;
else
num2[0] ^= num;
}
}
}
