如何找到丢失的元素
https://labuladong.gitee.io/algo/4/30/115/
看完这篇文章,你不仅可以学习算法例程,还可以去LeetCode获取以下问题:
28.缺少数字(简单)
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我在之前的文章中写过几个有趣的智力问题,今天我来讲一个巧妙的话题。
标题很简单:
给定一个长度为n的数组,它的索引应该在[0,n]中,但是现在你必须放入n ^ 1个元素[0,n],那么一定有一个元素放不下。请找出这个缺失的元素。
这个问题并不难。我们应该很容易想到,如果我们把这个数组按顺序排列,然后再遍历一遍,不是很容易找到丢失的元素吗?
或者,借助数据结构的特点,用一个HashSet把数组中的所有数字都存储起来,然后遍历[0,n]之间的数字,在HashSet中查询,这样就可以很容易地找出丢失的元素。
排序解的时间复杂度为O(NlogN),而HashSet解的时间复杂度为O(N),但存储HashSet需要O(N)的空间复杂度。
第三种方法是位操作。
对于异或运算(),我们知道它有一个特殊的性质:一个数与自身的异或运算结果为0,一个数与0的异或运算结果为自身。
而且,异或运算满足交换律和结合律,即:
2 ^ 3 ^ 2=3 ^ (2 ^ 2)=3 ^ 0=3
而这道题可以通过这些性质巧妙地计算出缺失的元素。假设nums=[0,3,1,4]:
为了便于理解,让我们假设索引首先由一位填充,然后每个元素对应于它自己的相等索引:
这样做之后,我们可以发现除了缺少的元素之外,所有的索引和元素都是一对。现在,如果我们找到缺失的索引2,我们将找到缺失的元素。
这个单号怎么找?只要所有的元素和索引都是XOR,对的个数就为零,只剩下这个单一的元素,就达到了我们的目的。
int missingNumber(int[]nums){ 0
int n=nums.length
int RES=0;
//先与新增加的索引异或。
^=河;
//与其他元素和索引异或。
for(int I=0;I n;(一)
^=一世^一世号决议;
返回res
}
因为异或运算满足交换律和结合律,所以总是有可能消除成对的数,留下缺失的元素。
此时,时间复杂度O(N)和空间复杂度O(1)已经达到最优。我们该回家吗?
如果你这样想,就说明我们被算法深深毒害了。随着我们学到的知识越来越多,我们很容易陷入思维定势。其实这个问题有一个特别简单的解决方法:算术数列的求和公式。
题目的意思可以理解为:有一个等差数列0,1,2,…,n,缺了某个数。请找到它。这个数不是和(0,1,n)-sum (nums)?
int missingNumber(int[]nums){ 0
int n=nums.length
//公式:(第一项和最后一项)*项数/2
int expect=(0n)*(n 1)/2;
int sum=0;
适用于(int x : nums)
sum=x;
回报期望和;
你看,这个方案应该是最简单的,但是说实话,我自己也没有想到这个方案,我问了几个老板,他们也没有想到这个最简单的想法。相反,如果你问一个初中生,他可能很快就会想到。
做完这些,我们该回家了吗?
如果你这么认为,那就意味着我们对细节的控制几乎没有完成。用求和公式计算期望时,有没有考虑过整数溢出?如果乘法的结果太大导致溢出,那么结果一定是错的。
我们刚才的想法是相加和相减。为了避免溢出,我们简单地同时进行求和和相减。非常类似于刚才比特运算解决方案的思路,仍然假设nums=[0,3,1,4],先加一个索引,然后将元素与索引配对:
让我们从每个索引中减去它对应的元素,然后将减法结果相加。那不是缺少的元素吗?
public int missingNumber(int[]nums){ 0
int n=nums.length
int RES=0;
//新补充索引
RES=n-0;
//将剩余索引和元素之间的差异相加。
for(int I=0;I n;(一)
RES=I-nums[I];
返回res
}
因为加法和减法满足交换律和结合律,所以总是有可能消除对的数量,留下缺失的元素。
至此,这个算法经历了九个波折十八个波折,终于没有坑了。
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