【leetcode系列】136. 只出现一次的数字

题目地址

https://leetcode.com/problems/single-number/description/

题目描述

给定一个非空整数数组,除了某个元素只出现一次以外,其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。	
说明:	
你的算法应该具有线性时间复杂度。 你可以不使用额外空间来实现吗?	
示例 1:	
输入: [2,2,1]	
输出: 1	
示例 2:	
输入: [4,1,2,1,2]	
输出: 4	
来源:力扣(LeetCode)	
链接:https://leetcode-cn.com/problems/single-number	
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思路

根据题目描述,由于加上了时间复杂度必须是 O(n),并且空间复杂度为 O(1)的条件,因此不能用排序方法,也不能使用 map 数据结构。

我们可以利用二进制异或的性质来完成,将所有数字异或即得到唯一出现的数字。

关键点


  1. 异或的性质 两个数字异或的结果 a^b是将 a 和 b 的二进制每一位进行运算,得出的数字。运算的逻辑是 如果同一位的数字相同则为 0,不同则为 1



  2. 异或的规律



  • 任何数和本身异或则为 0



  • 任何数和 0 异或是 本身



  1. 很多人只是记得异或的性质和规律,但是缺乏对其本质的理解,导致很难想到这种解法(我本人也没想到)



  2. bit 运算


代码

/*	
 * @lc app=leetcode id=136 lang=javascript	
 *	
 * [136] Single Number	
 *	
 * https://leetcode.com/problems/single-number/description/	
 *	
 * algorithms	
 * Easy (59.13%)	
 * Total Accepted:    429.3K	
 * Total Submissions: 724.1K	
 * Testcase Example:  '[2,2,1]'	
 *	
 * Given a non-empty array of integers, every element appears twice except for	
 * one. Find that single one.	
 *	
 * Note:	
 *	
 * Your algorithm should have a linear runtime complexity. Could you implement	
 * it without using extra memory?	
 *	
 * Example 1:	
 *	
 *	
 * Input: [2,2,1]	
 * Output: 1	
 *	
 *	
 * Example 2:	
 *	
 *	
 * Input: [4,1,2,1,2]	
 * Output: 4	
 *	
 *	
 */	
/**	
 * @param {number[]} nums	
 * @return {number}	
 */	
var singleNumber = function(nums) {	
  let ret = 0;	
  for (let index = 0; index < nums.length; index++) {	
    const element = nums[index];	
    ret = ret ^ element;	
  }	
  return ret;	
};

延伸

有一个 n 个元素的数组,除了两个数只出现一次外,其余元素都出现两次,让你找出这两个只出现一次的数分别是几,要求时间复杂度为 O(n) 且再开辟的内存空间固定(与 n 无关)。

和上面一样,只是这次不是一个数字,而是两个数字。还是按照上面的思路,我们进行一次全员异或操作, 得到的结果就是那两个只出现一次的不同的数字的异或结果。

我们刚才讲了异或的规律中有一个 任何数和本身异或则为0, 因此我们的思路是能不能将这两个不同的数字分成两组 A 和 B。分组需要满足两个条件.


  1. 两个独特的的数字分成不同组



  2. 相同的数字分成相同组


这样每一组的数据进行异或即可得到那两个数字。

问题的关键点是我们怎么进行分组呢?

由于异或的性质是,同一位相同则为 0,不同则为 1. 我们将所有数字异或的结果一定不是 0,也就是说至少有一位是 1.

我们随便取一个, 分组的依据就来了, 就是你取的那一位是 0 分成 1 组,那一位是 1 的分成一组。这样肯定能保证 2.相同的数字分成相同组, 不同的数字会被分成不同组么。很明显当然可以, 因此我们选择是 1,也就是 说 两个独特的的数字在那一位一定是不同的,因此两个独特元素一定会被分成不同组。

Done!


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