一个整型数组里除了两个数字之外,其它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)。
要求:首先阐述主要思路,然后编写代码实现。
(盛大笔试题)
考虑过程:
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一次的数字,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,而其它数字都出现两次。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。因为其它数字都出现了两次,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,而其它数字都出现了两次。因此到此为止,所有的问题我们都已经解决。
基于上述思路,我们不难写出如下代码:
///
// Findtwo numbers which only appear once in an array
// Input:data - an array contains two number appearing exactly once,
// while others appearing exactly twice
// length - thelength of data
// Output num1 - the first number appearing oncein data
// num2 - the second number appearing once indata
///
void FindNumsAppearOnce(int data[], int length,int &num1, int &num2)
{
if (length < 2)
return;
// get num1 ^ num2
intresultExclusiveOR = 0;
for (int i = 0; i< length; ++ i)
resultExclusiveOR ^= data[i];
// get index ofthe first bit, which is 1 in resultExclusiveOR
unsigned intindexOf1 = FindFirstBitIs1(resultExclusiveOR);
num1 = num2 = 0;
for (int j = 0; j< length; ++ j)
{
// divide the numbers in data into two groups,
// the indexOf1 bit of numbers in the first group is 1,
// while in the second group is 0
if(IsBit1(data[j], indexOf1))
num1 ^= data[j];
else
num2 ^= data[j];
}
}
///
// Find the index of first bit which is 1 in num(assuming not 0)
///
unsigned int FindFirstBitIs1(int num)
{
int indexBit = 0;
while (((num &1) == 0) && (indexBit < 32))
{
num = num >> 1;
++ indexBit;
}
return indexBit;
}
///
// Is the indexBit bit of num 1?
///
bool IsBit1(int num, unsigned int indexBit)
{
num = num >>indexBit;
return (num &1);
}