LeetCode探索(四):260_只出现一次的数字III

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题目

给定一个整数数组 nums,其中恰好有两个元素只出现一次,其余所有元素均出现两次。 找出只出现一次的那两个元素。你可以按 任意顺序 返回答案。

进阶:你的算法应该具有线性时间复杂度。你能否仅使用常数空间复杂度来实现?

示例 1:

输入:nums = [1,2,1,3,2,5]
输出:[3,5]
解释:[5, 3] 也是有效的答案。

示例 2:

输入:nums = [-1,0]
输出:[-1,0]

示例 3:

输入:nums = [0,1]
输出:[1,0]

提示:

  • 2 <= nums.length <= 3 * 10^4
  • -2^31 <= nums[i] <= 2^31 - 1
  • 除两个只出现一次的整数外,nums 中的其他数字都出现两次

思考

只出现一次的数字这类题目,一共有3道LeetCode题目,前两道分别是:136_只出现一次的数字137_只出现一次的数字II,可以去查看对应的解答过程。从题目 I 到题目 III,题目本身只是微小的变动,难度却悄然地提升了,也需要我们多去思考解答问题的方法。

做这类题目,我们除了可以使用哈希表计算数组中的数字出现的次数外,还可以通过挖掘题目的特征,借助位运算去优化算法。我们也越来越能体味到位运算的巧妙之处!

首先回顾下常用的位运算符的用法:

^(异或)
1 ^ 1 === 0
1 ^ 0 === 1
0 ^ 1 === 1
0 ^ 0 === 0

&(与)
1 & 1 === 1
1 & 0 === 0
0 & 1 === 0
0 & 0 === 0

|(或)
1 & 1 === 1
1 & 0 === 1
0 & 1 === 1
0 | 0 === 0

接着回到题目中。考虑到数组中恰好有两个元素只出现一次,其余所有元素均出现两次,假设数组中只出现一次的两个数为x1和x2。

如果我们对数组使用^运算符,最终结果会是 x1^x2,其余数组元素抵消了。

对于x 的二进制表示,我们可以使用位运算 x & -x 取出最低位的1,考虑到x1和x2在该位不可能同时为1或同时为0,那么可以以此为特点,将数组分为两组,其中一组该位的数字为0,另一组该位的数字为1。然后,如果我们把一组中的数字进行异或运算,那么该组中出现两次的数字也会相互抵消掉,只留下数组中出现一次的数字。

真是巧妙的解法!✨

解答

位运算

// 假设只出现一次的两个数为x1, x2
var singleNumber = function(nums) {
  let xorsum = 0
  for (const num of nums) {
    xorsum ^= num // x1^x2
  }
  const lsb = xorsum & (-xorsum) // 取出最低位的1
  let num1 = 0, num2 = 0 // 分成两类
  for (const num of nums) {
    if (num & lsb) {
      num1 ^= num
    } else {
      num2 ^= num
    }
  }
  return [num1, num2]
};
  • 时间复杂度:O(n),其中 n 是数组 nums 的长度。
  • 空间复杂度:O(1)。

哈希表

略,与之前的题目解法类似。读者可以尝试解答一下。如果还有疑问,可以评论区交流下~

参考