LeetCode只出现一次的数字i/ii/iii

Posted 2021-09-19 xiao zhou

LeetCode只出现一次的数字i/ii/iii

• 只出现一次的数字i
• • 题目描述
  • 题目分析
  • 代码实现：
• 只出现一次的数字ii
• • 题目描述
  • 题目分析
  • 代码实现
• 只出现一次的数字iii
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  • 题目分析
  • 代码实现
• 总结

只出现一次的数字i

题目描述

题目分析

xxxx这道题第一次看的时候是完全没有思路的。想出来的方法效率太低。后来在网上看到解法是使用异或，但是一直不理解原理是什么。最近学校在学“计算机组成原理”，详细学异或后。突然对这个题有了透彻的理解。题目分析如下：

首先来了解一下异或这个操作符
异或（^）:相同为0，相异为1

操作数1	操作数2	结果
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

于是这种机理就可以很好的运用到解决这个问题当中。因为相同的数，在32个比特位的数分别相同，所以当相同的数字进行异或时，得到的结果将是32个比
特位全为0。得到的就是数字0。同时0与任何数字异或得到的仍然是该数字。
详细如图：

xxxx值得注意的是，最终异或的结果与数字的顺序无关。因为所有数字某一个比特位0、1数字个数一样的，异或起来值是一定的，与顺序无关。

代码实现：

class Solution {
public:
    int singleNumber(vector<int>& nums) {
    	//最终的结果保存到变量a中
        int a = 0;
        for(size_t i = 0; i<nums.size(); i++)
        	//a与每一个数字异或
            a ^= nums[i];
        //a就是单独的那个数字
        return a;
    }
};

只出现一次的数字ii

题目描述

题目分析

xxxx不同上一个题，这个题目是只有一个数字出现一次，其余数字出现三次。显然无法使用上个题目的解法，但是大的思路还是对比特位进行操作。突破口就是想一下，这些数字的比特位有什么区别于联系。容易想到的是，对于每个数字的第i个比特位（1≤i≤32）来说，要么有些数字是1，要么是0。那么将每个数字同一比特位的1统计出来第，统计的结果要么是3的倍数，要么是3的倍数+1。而且，那些3的倍数+1的比特位，一定是只出现过一次的那个数字为1的比特位。
举一个例子：

xxxx在统计完所有数字每一位为1的个数后，我们就可以筛选出哪些比特位1的数字为3的倍数+1，这些位就是只出现一次数字的为1的比特位。然后我们就可以得到
这个唯一的数值了。

代码实现

class Solution {
public:
    int singleNumber(vector<int>& nums) {
    	//cout数组用来存放统计32个比特位分别有多少个1
        int count[32] = {0};
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
        {
            for(int j=0;j<32;j++)
            {
            	//nums[i]&1得到该为是1还是0
                count[j] += (nums[i]&1);
                //>>用于一次获取一个数字的每一位
                nums[i] = nums[i]>>1;
            }
        }
        int number = 0;
        for(int i=0;i<32;i++)
        {
        	//如果是3的倍数+1
            if(count[i]%3 == 1)
            {
            	// number |= (1<<i)比较难理解，在下面展开具体说明
                number |= (1<<i);
            }
        }
        return number;
    }
};

"number |= (1<<i)" 的详细解读：i从0~31,因此1<< i就是以此产生不同的二进制中只有一个1其余全为0的数字。这样就可以与结果数字的比特位中应该1的位置依次或运算。最终得到结果。
如图：

只出现一次的数字iii

题目描述

题目分析

xxxx看到这个题是不是感觉很熟悉，很亲切。似乎好像感觉跟上面的第一题十分相似。但是为啥一个是简单分类，一个是中等难度分类。顿时心中一凉。就像上学时候，这题看的这么眼熟，就是不会做。我也是在这道题卡了很久。感觉需要用到第一题的思路，但是这里有两个只出现一次的数字，生搬硬套肯定是不行的。想要转移的第一道题，关键就是把这两个只出现一次的数字分开，然后我们就可以对分开的两组数字，分别套用第一题的思路，就找出来了两个只出现一次的数字所以，关键就在于，如何将这一组数据分成两组，并且保证这两个出现一次的数字还分别在两个组。
xxxx毫无疑问，我们还是需要利用他们的二进制来找突破口。想要将他们分成两组，那么就需要找出他们的不同之处。那就是，对于不同的数字，他们的32个比特位不可能完全相同，所以必然有某几位不相同，我们就可以依据这个条件来把一组数据分成两组，该比特位为1的一组，为0的另一组。同时，其他成对出现的数字中，有可能该比特位为1或者为0.。不管他们具体如何，在分成两组之后，每一组都会退化成第一题的情况，那就是只有一个出现一次的数字，其余数字都是成对出现。再使用第一题的思路即可解决。
xxxx但是如何找出那个关键的比特位呢？我们可以将所有数字异或。通过之前的知识，我们知道，所有数字异或，成对出现的数字全部抵消，剩下的就是两个只出现过一次的数字，然后他们异或产生的数字，必然不可能是0，所以就会有其中一个比特位值为1，该比特位就是两个数字不同的比特位之一。

代码实现

class Solution {
public:
    vector<int> singleNumber(vector<int>& nums) {
    	//val用于存储所有数字异或的结果
        int val;
        for(int j=0;j<nums.size();j++)
            val ^= nums[j];
        //i用来存储第几个比特位是1
        int i = 0;
        //找到val第几个比特位的值为1
        //不是1，就进入循环，i++
        while(!(1&(val>>i)))
        {
            i++;
        }
        //创建两个vector，存放分成的两组数据
        vector<int> v1;
        vector<int> v2;
        //分组
        for(int j=0;j<nums.size();j++)
        {
        	//第i+1为是1的放入v1
            if(nums[j]&(1<<i))
                v1.push_back(nums[j]);
            //第i+1为是0的放入v2
            else
                v2.push_back(nums[j]);
        }
        //套用第一题的思路
        int a = 0,b = 0;
        for(int j=0;j<v1.size();j++)
            a ^= v1[j];
        for(int j=0;j<v2.size();j++)
            b ^= v2[j];
        vector<int> ret;
        ret.push_back(a);
        ret.push_back(b);
        return ret;
    }
};

总结

这三道题的答题思路是相同的，都是使用了位运算。因为数字完全未知，我们要找数字之间的相同点与不同点，就需要依赖他们的二进制数。不同数字的二进制数一定不一样，相同数字的二进制数一定一样。
同时我们还需要掌握的就是。相同数字异或为0,0与任何数字异或为它本身。这个小技巧还用于不适用临时变量交换两个数字。
好啦，本文内容到此结束，如果思路和代码还有什么优化和改进的地方请在评论区发表，或者直接私信我。让我们共同学习共同进步！