數組中數字出現的次數


一個整型數組 nums 里除兩個數字之外,其他數字都出現了兩次。請寫程序找出這兩個只出現一次的數字。要求時間復雜度是O(n),空間復雜度是O(1)。

 

示例 1:

輸入:nums = [4,1,4,6]
輸出:[1,6] 或 [6,1]
示例 2:

輸入:nums = [1,2,10,4,1,4,3,3]
輸出:[2,10] 或 [10,2]
 

限制:

2 <= nums.length <= 10000

 

思路:

這里用了異或。

4 ^ 1 ^ 4 ^ 6 => 1 ^ 6 6 對應的二進制: 110 1 對應的二進制: 001 1 ^ 6 二進制: 111

異或滿足交換律,即a^b^c=a^c^b

 

讓我們先來考慮一個比較簡單的問題:

如果除了一個數字以外,其他數字都出現了兩次,那么如何找到出現一次的數字?

答案很簡單:全員進行異或操作即可。考慮異或操作的性質:成對出現的數字的所有位會兩兩抵消為 00,最終得到的結果就是那個出現了一次的數字。

那么這一方法如何擴展到找出兩個出現一次的數字呢?

如果我們可以把所有數字分成兩組,使得:

1)兩個只出現一次的數字在不同的組中;

2)相同的數字會被分到相同的組中。

那么對兩個組分別進行異或操作,即可得到答案的兩個數字,因為每個數組中只有一個數沒出現兩次,於是問題轉換為上面的思考。這是解決這個問題的關鍵。

那么如何實現這樣的分組呢?k記這兩個只出現了一次的數字為 a 和 b,那么所有數字異或的結果就等於 a 和 b 異或的結果,我們記為 x。如果我們把 x 寫成二進制的形式 xkxk - 1……x2 x1 x0,其中 xi​ ∈{0,1},我們考慮一下 xi = 0和 xi= 1的含義是什么?它意味着如果我們把 a 和 b寫成二進制的形式,ai和 bi的關系——xi = 1表示 ai和 bi不等,xi = 0表示 ai和 bi 相等。假如我們任選一個不為 0 的 xi,按照第 i位給原來的序列分組,如果該位為 0 就分到第一組,否則就分到第二組,這樣就能滿足以上兩個條件。為了方便,這里的代碼選取的是「不為 00 的最低位」,當然你也可以選擇其他不為 00 的位置。

至此,答案已經呼之欲出了。

 1 class Solution {
 2 public:
 3     vector<int> singleNumbers(vector<int>& nums) {
 4         int res(0);
 5         int n=nums.size();
 6         for(int i=0;i<n;i++)
 7             res^=nums[i];//異或
 8         int div=1;//00……1
 9         while((div&res)==0)
10             div<<=1;//div左移一位
11         int a=0,b=0;
12         for(int i=0;i<n;i++)
13             if(nums[i]&div)
14                 a^=nums[i];
15             else b^=nums[i];
16         return vector<int>{a,b};
17     }
18 };

 


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