快速计算整数的二进制表示法中1的个数
2012-08-18 16:32
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快速计算整数的二进制表示法中1的个数
题目:给定一个无符号的32位整数x,求x的二进制表示法中含1的个数?
第一种算法:(采用整形数据除法)
测试程序如下:
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
int num=0;
while(x)
{
if(x%2==1)
{
num++;
}
x=x/2;
}
return num;
}
int main()
{
unsigned int x=32;
cout<<count(32);
return 0;
}
第二种算法:(使用位操作)
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
int num=0;
while(x)
{
num+=x&0x01;
x>>=1;
}
return num;
}
int main()
{
unsigned int x=32;
cout<<count(32);
return 0;
}
第三种算法:
int OneCount(unsigned int x)
{
for(int count=0; x>0; count++)
x&=x-1;//把最后面的1变0
return count;
}
上面的时间复杂度就是1的个数。
测试代码如下:
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
int num=0;
while(x)
{
x&=(x-1);
num++;
}
return num;
}
int main()
{
unsigned int x=32;
cout<<count(32);
return 0;
}
第四种算法:使用分支操作
如果位数少的话,例如8位数据,就可以把0-255的情况都罗列出来,采用分支计算。
第五种算法(查表法):
const int idx[256]={0,1,1,2,...,8}//0~255中含1的个数
int OneCount(unsigned
int x)
{
int count=0;
for(;x>0;x>>=8)
count+=idx[x&255];
return count;
}
另一种形式的代码为:
const int idx[256]={0,1,1,..,8}
int OneCount(unsigned
int x)
{
unsigned
char* p=(unsigned char*)&x;
return idx[*p]+idx[*(p+1)]+idx[*(p+2)]+idx[*(p+3)];
}
上面的算法最多只需要四次循环,用空间换取时间。
第六种算法:
int OneCount(unsigned int x)
{
x=(x&0x55555555UL)+((x>>1)&0x55555555UL); //1
x=(x&0x33333333UL)+((x>>2)&0x33333333UL);//2
x=(x&0x0f0f0f0fUL)+((x>>4)&0x0f0f0f0fUL); //3
x=(x&0x00ff00ffUL)+((x>>8)&0x00ff00ffUL); //4
x=(x&0x0000ffffUL)+((x>>16)&0x0000ffffUL);//5
return x;
}
解释:比如对于一个8位的整数122,用二进制表达0111 1010(abcd efgh),第1行代码的功能是x=0b0d 0f0h+0a0c 0e0g,两位一组,分别计算四组(a,b; c,d;
e,f; g,h; )中1的个数,本例中x=0101 0000+0001 0101=0110 0101(更新的abcd efgh),在此基础上,再分组,就是第二行的功能x=00cd 00gh+00ab 00ef,四位一组(abcd; efgh),分别计算这两组包含1的个数,本例中x=00100001+0001 0001=0011 0010(更新abcd efgh),再8位一组,如第三行所示,x=0000 efgh+0000abcd=0000 0010+0000 0011=0000 0101=5,所以该整数122共包含5个1。
本算法思想:归并,对于一个32位的整数,先分成16组,统计每组(2位)中1的个数,再将统计的结果两两合并,得到8组,在此基础上又合并得到4组,2组,1组,进而得到最终结果。
测试代码为:
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
x=(x&0x55555555UL)+((x>>1)&0x55555555UL);
x=(x&0x33333333UL)+((x>>2)&0x33333333UL);
x=(x&0x0f0f0f0fUL)+((x>>4)&0x0f0f0f0fUL);
x=(x&0x00ff00ffUL)+((x>>8)&0x00ff00ffUL);
x=(x&0x0000ffffUL)+((x>>16)&0x0000ffffUL);
return x;
}
int main()
{
int a=32;
cout<<count(a);
return 0;
}
扩展题:给定两个正整数(二进制形式表示)A和B,问把A变为B需要改变多少位(bit)?也就是说整数A和整数B的二进制表示中有多少位是不同的?
思路:先将两个整数异或,然后判断1的个数。
#include<iostream>
using namespace std;
int count(int a,int b)
{
int num=0;
int v=a^b;
while(v)
{
v&=(v-1);
num++;
}
return num;
}
int main()
{
int a=32,b=2;
cout<<count(a,b);
return 0;
}
题目:给定一个无符号的32位整数x,求x的二进制表示法中含1的个数?
第一种算法:(采用整形数据除法)
测试程序如下:
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
int num=0;
while(x)
{
if(x%2==1)
{
num++;
}
x=x/2;
}
return num;
}
int main()
{
unsigned int x=32;
cout<<count(32);
return 0;
}
第二种算法:(使用位操作)
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
int num=0;
while(x)
{
num+=x&0x01;
x>>=1;
}
return num;
}
int main()
{
unsigned int x=32;
cout<<count(32);
return 0;
}
第三种算法:
int OneCount(unsigned int x)
{
for(int count=0; x>0; count++)
x&=x-1;//把最后面的1变0
return count;
}
上面的时间复杂度就是1的个数。
测试代码如下:
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
int num=0;
while(x)
{
x&=(x-1);
num++;
}
return num;
}
int main()
{
unsigned int x=32;
cout<<count(32);
return 0;
}
第四种算法:使用分支操作
如果位数少的话,例如8位数据,就可以把0-255的情况都罗列出来,采用分支计算。
第五种算法(查表法):
const int idx[256]={0,1,1,2,...,8}//0~255中含1的个数
int OneCount(unsigned
int x)
{
int count=0;
for(;x>0;x>>=8)
count+=idx[x&255];
return count;
}
另一种形式的代码为:
const int idx[256]={0,1,1,..,8}
int OneCount(unsigned
int x)
{
unsigned
char* p=(unsigned char*)&x;
return idx[*p]+idx[*(p+1)]+idx[*(p+2)]+idx[*(p+3)];
}
上面的算法最多只需要四次循环,用空间换取时间。
第六种算法:
int OneCount(unsigned int x)
{
x=(x&0x55555555UL)+((x>>1)&0x55555555UL); //1
x=(x&0x33333333UL)+((x>>2)&0x33333333UL);//2
x=(x&0x0f0f0f0fUL)+((x>>4)&0x0f0f0f0fUL); //3
x=(x&0x00ff00ffUL)+((x>>8)&0x00ff00ffUL); //4
x=(x&0x0000ffffUL)+((x>>16)&0x0000ffffUL);//5
return x;
}
解释:比如对于一个8位的整数122,用二进制表达0111 1010(abcd efgh),第1行代码的功能是x=0b0d 0f0h+0a0c 0e0g,两位一组,分别计算四组(a,b; c,d;
e,f; g,h; )中1的个数,本例中x=0101 0000+0001 0101=0110 0101(更新的abcd efgh),在此基础上,再分组,就是第二行的功能x=00cd 00gh+00ab 00ef,四位一组(abcd; efgh),分别计算这两组包含1的个数,本例中x=00100001+0001 0001=0011 0010(更新abcd efgh),再8位一组,如第三行所示,x=0000 efgh+0000abcd=0000 0010+0000 0011=0000 0101=5,所以该整数122共包含5个1。
本算法思想:归并,对于一个32位的整数,先分成16组,统计每组(2位)中1的个数,再将统计的结果两两合并,得到8组,在此基础上又合并得到4组,2组,1组,进而得到最终结果。
测试代码为:
#include<iostream>
using namespace std;
int count(unsigned int x)
{
x=(x&0x55555555UL)+((x>>1)&0x55555555UL);
x=(x&0x33333333UL)+((x>>2)&0x33333333UL);
x=(x&0x0f0f0f0fUL)+((x>>4)&0x0f0f0f0fUL);
x=(x&0x00ff00ffUL)+((x>>8)&0x00ff00ffUL);
x=(x&0x0000ffffUL)+((x>>16)&0x0000ffffUL);
return x;
}
int main()
{
int a=32;
cout<<count(a);
return 0;
}
扩展题:给定两个正整数(二进制形式表示)A和B,问把A变为B需要改变多少位(bit)?也就是说整数A和整数B的二进制表示中有多少位是不同的?
思路:先将两个整数异或,然后判断1的个数。
#include<iostream>
using namespace std;
int count(int a,int b)
{
int num=0;
int v=a^b;
while(v)
{
v&=(v-1);
num++;
}
return num;
}
int main()
{
int a=32,b=2;
cout<<count(a,b);
return 0;
}
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