剑指offer(C++)-JZ56:数组中只出现一次的两个数字(算法-位运算)

作者:翟天保Steven
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题目描述:

一个整型数组里除了两个数字只出现一次,其他的数字都出现了两次。请写程序找出这两个只出现一次的数字。

数据范围:数组长度2≤n≤1000,数组中每个数的大小0<val≤1000000
要求:空间复杂度O(1),时间复杂度O(n)

提示:输出时按非降序排列。

示例:

输入:

[1,4,1,6]

返回值:

[4,6]

说明:

返回的结果中较小的数排在前面   

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解题思路:

本题考察位运算。两种解题思路。

1)暴力法

       使用哈希表记录出现频率,将频率为1的数输出即可。该方法的空间复杂度不符合题目要求。

2)异或运算

       异或运算指两个数相同为0,不相同为1。因为除了要寻找的数字出现了一次,其他数字都出现了两次,所以将这些数字进行异或运算后,根据其特性,重复出现的数字抵消了,只保留了出现了一次的数字。

       如4^1^2^1^2。4为100,1为001,2为010,4^1得到101,再^2得到111,再^1得到110,再^2得到100,即4。

       那如果有两个出现了一次的数字,则结果就相当于这两个数字异或。如4^1^2^1^2^3,最终的结果就是111,即4^3。

       本题目要求输出这两个数字,那如何将111拆开呢?4和3,如果某一位不相同,则异或结果该位就是1,我们定义t从001开始,将t与111与运算,寻找哪一位首次出现了1;111中最右即为1,说明在00x的位置,数字4和3是不一样的;再次遍历,将所有数据根据该位的数字分类,这样就能得到两个组,数字为1的组结果就是3,数字为0的组结果就是4。

       不得不说,这题目就是为这个解法量身定做的。。。各个条件完美匹配emm

测试代码:

1)暴力法

class Solution {
public:
    // 寻找出现一次的数字
    vector<int> FindNumsAppearOnce(vector<int>& nums) {
        unordered_map<int,int> um;
        vector<int> result;
        // 遍历数组
        int size = int(nums.size());
        for(int i = 0; i < size; ++i){
            um[nums[i]]++;
        }
        // 寻找出现频率为1的数
        for(int i = 0; i < size; ++i){
   
   {
            if(um[nums[i]] == 1){
                result.emplace_back(nums[i]);
            }
        }}
        // 按大小顺序输出
        if(result[0] < result[1]){
            return result;
        }
        else{
            return { result[1], result[0] };
        }
    }
};

2)异或运算

class Solution {
public:
    // 寻找出现一次的数字
    vector<int> FindNumsAppearOnce(vector<int>& nums) {
        vector<int> result{ 0, 0};
        // 遍历数组进行异或运算
        int temp = 0;
        int size = int(nums.size());
        for(int i = 0; i < size; ++i){
            temp ^= nums[i];
        }
        // 找到两个数不相同的第一位
        int t = 1;
        while((t & temp) == 0){
            t <<= 1;
        }
        // 再次遍历,将t位为1的数归为1组,为0的数归为1组,这样两组的异或运算得到的结果就是两个不重复数
        for(int i = 0; i < size; ++i){
            if((t & nums[i]) == 0){
                result[0] ^= nums[i];
            }
            else{
                result[1] ^= nums[i];
            }
        }
        // 按大小顺序输出
        if(result[0] < result[1]){
            return result;
        }
        else{
            return { result[1], result[0] };
        }
    }
};

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