剑指offer--二进制中1的个数(多种解法+相关小题目)

题目:
请实现一个函数,输入一个整数,输出该二进制表示中1的个数,例如9的二进制表示为1001,则输如9返回2。

分析:

解法1
这是一道基本的二进制和位运算的题目,我们应该会有一个大致的思路,先判断整数二进制表示中最右边一位是不是1;接着把输入的整数右移一位,此时原来处于从右边数起的第二位被移到最右边了,再判断是不是1;这样每次移动一位,直到整个整数变成0为止。现在的问题变成了怎么判断一个整数的最右边是不是1。这很简单,只要把整数和1做位与运算看结果是不是0就知道了。1除最右边的一位之外所有位都是0。如果一个整数与1做与运算的结果是1则表示该整数最右边一位是1,否则是0。但是这种思路有一个致命的问题,如果我们输入的是正数,那这个数右移高位补0完全没有问题,但是如果我们输入的是一个负数,右移高位补1,一直右移运算最终所有数位都会变成1,造成死循环。

我们换另一种思路来想,既然我们就是要判断二进制数的每一位是否为1,我们可以找到一个除了我们要判断的数位上的数为1其余数位全是0的数和它做与运算 这样就可以判断当前数位上的数是否为1 我们可以让数字n和1做与运算,判断n的低位是否为1,接着把1左移一位,1左移一位后除了倒数第二位全都是0 ,我们就可以判断倒数第二位是否为1 … … ,这样把1一直左移 ,直到 32位都判断完 ,1左移运算直到为0,循环结束,也就求出了1的个数。

int count_1(int n) {
    
    
      int count = 0;
      unsigned int flag = 1;  //无符号整型 没有符号位 所有位数都是数位均可以移动
      while(flag){
    
    
          if(n & flag)
          count++;
          flag = flag << 1;
      }
      return count;
        
    }

上面的方法中,循环次数等于二进制的位数,32位整数,需要循环32次,接下来再让我看一种更加省时的方法,32位中有几个1就循环多少次。
解法2
在分析这种算法之前,我们先来分析把一个数减去1的情况。如果一个整数不等于0,那么该整数的二进制表示中至少有一位是1。先假设这个数的最右边一位是1,那么减去1时,最后一位变成0而其他所有位都保持不变。

接下来假设最后一位不是1而是0的情况。如果该整数的二进制表示中最右边的1位于第m位,那么减去1时,第m位由1变成0,而第m位之后的所有0都变成1,整数中第m位之前的所有位都保持不变。

举个栗子:一个二进制数1100,它的第二位是从最右边数起的一个1。减去1后,第二位变成0,它后面的两位0变成1,而前面的1保持不变,因此得到的结果是1011。

在前面两种情况中,我们发现把一个整数减去1,都是把最右边的1变成0。如果它的右边还有0,则所有的0都变成1,而它左边的所有位都保持不变。

接下来我们把一个整数和它减去1的结果做位与运算,相当于把它最右边的1变成0。还是以前面的1100为例,它减去1的结果是1011。我们再把1100和1011做位与运算,得到的结果是1000。我们把1100最右边的1变成了0,结果刚好就是1000。
我们把上面的分析总结起来就是:把一个整数减去1,再和原整数做与运算,会把该整数最右边的1变成0。那么一个整数的二进制表示中有多少个1,就可以进行多少次这样的操作。当所有数位的1变成0 ,则循环结束。

 int count_1(int n) {
    
    
      int count = 0;
      while(n){
    
    
          n = n & (n-1);
          count++;
      }
      return count;   
    }

相关题目1:
用一条语句判断一个整数是不是2的整数次方。

一个整数如果是2的整数次方,那么它的二进制表示中有且只有一位是1,而其他所有位都是0。根据前面的分析,把这个整数减去1之后再和它自己做与运算,这个整数中唯一的1就会变成0。

相关题目2:

输入两个整数m和n,计算需要改变m的二进制表示中的多少才能得到n。

比如10的二进制表示为1010,13的二进制表示1101,需要改变1010中的3位才能得到1101。我们可以分为两解决这个问题:第一步求这两个数的异或;第二步统计异或结果1的位数

把一个整数减去1之后再和原来的整数做位与运算,得到的结果相当于把整数的二进制表示中最右边的1变成0。很多二进制的问题都可以用这种思路来解决

内容参考剑指offer
ps:强烈建议想要提升一点刷题能力的小伙伴看一下这本书 ,有一些我觉得比较难理解的地方,自己也会用一种不太绕的话说出来,大家一起参考一下 ,如果你觉得书没意思, 太多内容,我如果不出意外也会常更新。 反正不管咋样,学了就是好的!欢迎批评指正,QAQ!

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