数组中数字出现的个数(剑指offer 56-I)

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一、题目描述

一个整型数组 nums 里除两个数字之外,其他数字都出现了两次。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)。

示例 1:

输入:nums = [4,1,4,6]

输出:[1,6] 或 [6,1]

示例 2:

输入:nums = [1,2,10,4,1,4,3,3]

输出:[2,10] 或 [10,2]

限制: 2 <= nums.length <= 10000

二、思路讲解

看到这个题第一反应是二重循环暴力解决,但是看到时间复杂度的要求,肯定是不可行了,那就只能想其他办法。

分组异或:

让我们先来考虑一个比较简单的问题:

如果除了一个数字以外,其他数字都出现了两次,那么如何找到出现一次的数字?

答案很简单:全员进行异或操作。考虑异或操作的性质:对于两个操作数的每一位,相同结果为 0,不同结果为 1。那么在计算过程中,成对出现的数字的所有位会两两抵消为 0,最终得到的结果就是那个出现了一次的“落单的”数字。

那么:

这一方法如何扩展到找出两个出现一次的数字呢?

如果我们可以把所有数字分成两组,使得:

1、两个只出现一次的数字在不同的组中;

2、相同的数字会被分到相同的组中。

那么对两个组分别进行异或操作,即可得到答案的两个数字。那么如何实现这样的分组呢?

我们可以试着思考一下,假设两个出现一次的数字分别为a和b,能够把a和b分成两组并且仅分成两组的特征有哪些?很容易思考到二进制,非0即1。

那么我们可以转念想到,a和b的二进制至少有一位是不一样的,我们把不一样的某位记作xi,而其他两两相同的数字的xi也必定两两相同(因为两两相同的数字的二进制也必定两两相同),所以,我们可以把xi作为分组的标志。

这样,问题就解决了。

三、算法描述

先对所有数字进行一次异或,得到两个出现一次的数字的异或值。

在异或结果中找到任意为 1 的位。

根据这一位对所有的数字进行分组。

在每个组内进行异或操作,得到两个数字。

四、Java代码实现

public static int[] singleNumbers(int[] nums) {
 
		int ret = 0;	//用于存放所有数字的异或结果
		for(int n : nums) {
			ret = ret ^ n;
		}
		
		int temp = 1;	//用于记录为0的最低位
		while( (temp&ret) == 0) {
			//如果按位与的结果不是0,就左移一位
			temp = temp << 1;
		}
		
		int a=0;	//用于存放第一组的所有数字的异或结果
		int b=0;	//用于存放第二组的所有数字的异或结果
		for(int n:nums) {
			if( (temp & n) != 0 ) {	//这里不能写成(temp & n) == 1
				a = a ^ n;
			} else {
				b = b ^ n;
			}
		}
		
		return new int[] {a,b};
    }

五、时空复杂度分析

时间复杂度:O(n) 只需要遍历数组两次。

空间复杂度:O(1) 只需要常数的空间存放若干变量。

执行用时: 1 ms 超过了100%的提交记录

内存消耗: 40.1 MB 超过了45%的提交记录