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JAVA练习84-II.数组中数字出现的次数II

时间:2023-08-14

在一个数组 nums 中除一个数字只出现一次之外,其他数字都出现了三次。请找出那个只出现一次的数字。

示例 1:
输入:nums = [3,4,3,3]
输出:4

示例 2:
输入:nums = [9,1,7,9,7,9,7]
输出:1

限制:

1 <= nums.length <= 100001 <= nums[i] < 2^31分析:

方法1:哈希表

这题没有了I、数组中数字出现的次数 时间空间复杂度的限制,那么就可以用哈希表的方式存储每一个数字出现的次数,最后遍历哈希表,返回出现次数为 1 的数字。

时间复杂度:O(n) 
空间复杂度:O(n)

class Solution { public int singleNumber(int[] nums) { //定义哈希表存储每个数出现的次数 HashMap map = new HashMap<>(); //遍历数组 for(int i: nums){ map.put(i, map.getOrDefault(i, 0) + 1); } //遍历哈希表,寻找只出现一次的数 for(int key: map.keySet()){ if(map.get(key) == 1){ return key; } } return -1; }}

方法2:位运算

因为除了某个数其他数都出现了三次,因此这些数二进制每位相加一定为 3 的倍数,那么只需要把所有数的每一位加起来取余 3 就是那个只出现一次的数。

时间复杂度:O(n * C)        C 为 32
空间复杂度:O(1)

class Solution { public int singleNumber(int[] nums) { //记录每位出现的次数,以及位数,结果 int count = 0, digit = 1, sum = 0; //遍历记录每位 1 的个数 for(int i = 0; i < 32; ++i){ for(int n: nums){ if((n & digit) == digit){ count++; } } //记录结果 sum += count % 3 * digit; //移到下一位 digit <<= 1; //重置次数 count = 0; } return sum; }}

方法3:有限状态机

由 方法2 可以知道,只出现一次的数字的每一位都所有数字的每一位相加 取余 3 的结果,那么没加一位数字,余数就有三种状态:0,1,2,加入二进制 0 ,状态不变,加入二进制 1,状态按照 0 → 1 → 2 → 0 的方式进行改变,按照该方式相加到最后的结果就是我们需要的数字。但是,余数有三种状态,二进制只有 0,1两种,所以需要俩个二进制来表示,即 00,01,10,第一位表令为 a,第二位令为 b,那么 a,b 满足以下条件:

对 a:

当加入 0 时,若 b 为 0,a 不变;若 b 为 1,a 不变且必为 0当加入 1 时,若 b 为 0,a 取反;若 b 为 1,a 为 0

对 b:

当加入 0 时,若 a 为 0,b 不变且必为 1;若 a 为 1,b 不变当加入 1 时,若 a 为 0,b 为 0;若 a 为 1,b 为 1(取反)

由异或运算和与运算可知:

x ^ 0 = x,x ^ 1 = ~xx & 0 = 0,x & 1 = x 

那么a,b可化为:

对 a:

a = a ^ n & ~b

对 b:b 化不了,但可以在化过的 a 基础上化:

当加入 0 时,若 a 为 0,b 不变;若 a 为 1,b 不变且必为 0当加入 1 时,若 a 为 0,b 取反;若 a 为 1,b 为 0 

即:

b = b ^ n & ~a

因为最后的结果余数必为 0 或 1,所以 a 即为最终答案。

时间复杂度:O(n) 
空间复杂度:O(1)

class Solution { public int singleNumber(int[] nums) { //定义状态数的位数 int a = 0, b = 0; //遍历 for(int n: nums){ a = a ^ n & ~b; b = b ^ n & ~a; } return a; }}

题目来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/shu-zu-zhong-shu-zi-chu-xian-de-ci-shu-ii-lcof

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