【leetcode.191】位1的个数

本文转载自https://leetcode-cn.com/problems/number-of-1-bits/solution/wei-1de-ge-shu-by-leetcode/


一、题目描述

编写一个函数,输入是一个无符号整数,返回其二进制表达式中数字位数为 ‘1’ 的个数(也被称为汉明重量)。

示例 1:

输入:00000000000000000000000000001011
输出:3
解释:输入的二进制串 00000000000000000000000000001011 中,共有三位为 '1'。
示例 2:

输入:00000000000000000000000010000000
输出:1
解释:输入的二进制串 00000000000000000000000010000000 中,共有一位为 '1'。
示例 3:

输入:11111111111111111111111111111101
输出:31
解释:输入的二进制串 11111111111111111111111111111101 中,共有 31 位为 '1'。
 

提示:

请注意,在某些语言(如 Java)中,没有无符号整数类型。在这种情况下,输入和输出都将被指定为有符号整数类型,并且不应影响您的实现,因为无论整数是有符号的还是无符号的,其内部的二进制表示形式都是相同的。
在 Java 中,编译器使用二进制补码记法来表示有符号整数。因此,在上面的 示例 3 中,输入表示有符号整数 -3。


二、思路

方法 1:循环和位移动
算法

这个方法比较直接。我们遍历数字的 32 位。如果某一位是1,则将计数器加一。

我们使用位掩码来检查数字的每一位。一开始,掩码 m=1,因为1的二进制表示是

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

显然,任何数字跟掩码1进行逻辑与运算,都可以让我们获得这个数字的最低位。检查下一位时,我们将掩码左移一位。

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010

并重复此过程。

代码:

public int hammingWeight(int n) {
    int bits = 0;
    int mask = 1;
    for (int i = 0; i < 32; i++) {
        if ((n & mask) != 0) {
            bits++;
        }
        mask <<= 1;
    }
    return bits;
}

复杂度分析

时间复杂度:O(1)。运行时间依赖于数字n的位数。由于这题中n 是一个 32 位数,所以运行时间是 O(1) 的。

空间复杂度:O(1)。没有使用额外空间。


方法 2:位操作的小技巧

我们可以把前面的算法进行优化。我们不再检查数字的每一个位,而是不断把数字最后一个1反转,并把答案加一。当数字变成0的时候偶,我们就知道它没有1的位了,此时返回答案。

这里关键的想法是对于任意数字n,将n和n-1做与运算,会把最后一个1的位变成0。为什么?考虑n和n-1的二进制表示。

在二进制表示中,数字n中最低位的1总是对应n-1中的0。因此,将n和n-1与运算总是能把n中最低位的1变成0,并保持其他位不变。

使用这个小技巧,代码变得非常简单。

代码:

public int hammingWeight(int n) {
    int sum = 0;
    while (n != 0) {
        sum++;
        n &= (n - 1);
    }
    return sum;
}

复杂度分析

时间复杂度:O(1)。运行时间与n中位为1的有关。在最坏情况下,n中所有位都是1。对于 32 位整数,运行时间是 O(1)的。

空间复杂度:O(1)。没有使用额外空间。


三、后语

位运算确实有意思,对位运算有兴趣的同学可以参考我的这篇文章拾遗位运算

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