题目:一个整型数组里除了两个数字之外,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。要求时间复杂度是O(n),空间复杂度是O(1)。
分析:这是一道很新颖的关于位运算的面试题。
首先我们考虑这个问题的一个简单版本:一个数组里除了一个数字之外,其他的数字都出现了两次。请写程序找出这个只出现一次的数字。
这个题目的突破口在哪里?题目为什么要强调有一个数字出现一次,其他的出现两次?我们想到了异或运算的性质:任何一个数字异或它自己都等于0。也就是说,如果我们从头到尾依次异或数组中的每一个数字,那么最终的结果刚好是那个只出现依次的数字,因为那些出现两次的数字全部在异或中抵消掉了。
有了上面简单问题的解决方案之后,我们回到原始的问题。如果能够把原数组分为两个子数组。在每个子数组中,包含一个只出现一次的数字,而其他数字都出现两次。如果能够这样拆分原数组,按照前面的办法就是分别求出这两个只出现一次的数字了。
我们还是从头到尾依次异或数组中的每一个数字,那么最终得到的结果就是两个只出现一次的数字的异或结果。因为其他数字都出现了两次,在异或中全部抵消掉了。由于这两个数字肯定不一样,那么这个异或结果肯定不为0,也就是说在这个结果数字的二进制表示中至少就有一位为1。我们在结果数字中找到第一个为1的位的位置,记为第N位。现在我们以第N位是不是1为标准把原数组中的数字分成两个子数组,第一个子数组中每个数字的第N位都为1,而第二个子数组的每个数字的第N位都为0。
现在我们已经把原数组分成了两个子数组,每个子数组都包含一个只出现一次的数字,而其他数字都出现了两次。因此到此为止,所有的问题我们都已经解决。
注:分析源自
1 package algorithms; 2 3 public class FindTwoDifferentNum { 4 public static void main(String[] args) { 5 int[] arr = {12,30,25,12,2,30}; 6 FindTwoDifferentNum obj = new FindTwoDifferentNum(); 7 int[] result = new int[2]; //保存结果 8 result = obj.getTwoDifferentNum(arr); 9 10 System.out.println("要找的两个数是");11 System.out.println(result[0]);12 System.out.println(result[1]);13 }14 15 private int[] getTwoDifferentNum(int[] arr) {16 int yihuoResult = 0; //保存arr数组中所有数异或后的结果17 int[] result = new int[2];18 int bit1Pos = 0; //bit1Pos保存的是:异或结果从右向左第一个1的位置19 for(int num : arr)20 {21 yihuoResult ^= num; //获得所有数异或的结果22 }23 while((yihuoResult & 1) == 0) //找到异或结果从右向左第一个1的位置24 {25 bit1Pos++;26 yihuoResult = yihuoResult >> 1; //右移一位27 }28 for(int num : arr) //对arr中的数分成2组进行异或29 {30 if(is1(num,bit1Pos)) //第bit1Pos位为1的一组31 result[0] ^= num;32 else //第bit1Pos位为0的一组33 result[1] ^= num;34 }35 return result;36 }37 38 private boolean is1(int num, int n) {39 if(((num>>n) & 1) == 1) //如果第n位是1, n从0开始算40 {41 return true;42 }43 return false;44 }45 46 47 48 }