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算法题6 找出整数数组中两个只出现一次的数字

2011-05-17 12:13 567 查看
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。
基于上述思路,我们不难写出如下代码:

// 找寻整数二进制中为1的最低位
unsigned int FindFirstBitIs1(int num)
{
	ASSERT(num != 0);
	unsigned int index = 0;
	unsigned int maxIndex = sizeof(num) * 8;
	while(num&1 == 0 && index < maxIndex)
	{
		num >>= 1;
		++index;
	}
	return index;
}

// 判断整数在二进制序列中的indexbit位上的是否为1
bool IsBit1(int num, unsigned int indexBit)
{
	num >>= indexBit;

	return num&1;
}
// 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。从中找到这两个数字
bool FindTwoSingleNums(in nums[], int nLength, int& a, int &b)
{
	if(nLength < 2)
		return false;
	int resXOR = 0;
	for(int i = 0; i < nLength; ++i)
		resXOR ^= nums[i];

	a = b = 0;
	unsigned int indexBit = FindFirstBitIs1(resXOR);
	for(int i = 0; i < nLength; ++i)
	{
		if(IsBit1(nums[i], indexBit))
			a ^= nums[i];
		else
			b ^= nums[i];
	}

	return true;
}


PS:关键词->相同数字异或结果为0,并根据所有元素异或结果第一个出现0的位置把数组分为2部分!!!
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