LeetCode 231. 2的幂 【Power of Two】

本文介绍了三种判断一个整数是否为2的幂次方的方法:暴力实现、二进制统计和位运算,并提供了相应的Python代码实现。

       互联网行业的小白,写博客的目的是为了记录自己的学习过程、对自己学习中所犯的错误做一个总结。由于水平有限,博客中难免会有一些错误出现,有纰漏之处恳请各位大佬不吝赐教!

问题描述

题目传送门:2的幂

给定一个整数,编写一个函数来判断它是否是 2 的幂次方。

实例:

输入: 1
输出: true
解释: 2^0 = 1

示例 2:

输入: 16
输出: true
解释: 2^4 = 16

示例 3:

输入: 218
输出: false

题解

暴力实现

控制变量从0开始,循环遍历2的幂,如果相等返回True

当遍历得到数已经大于给定的n时,说明这个数不是2的幂次方,返回False

AC代码:

class Solution:
    def isPowerOfTwo(self, n: int) -> bool:
        k = 0
        while True:
            temp = pow(2, k)
            if temp == n:
                return True
            k += 1
            if temp > n:
                return False
二进制

观察一些2的幂的二进制数

在这里插入图片描述

可以发现这些数中只有一个1出现,因此只需统计二进制中是否只出现一个1即可。

注意:如果遇到输入的数为负数,直接return False

AC代码:

class Solution:
    def isPowerOfTwo(self, n: int) -> bool:
        if n < 0:
            return False
        lst = bin(n)
        if lst.count('1') == 1:
            return True
        return False
位运算

从二进制的分析中,可以看到这些数最高位都为1,其余位为0,因此将 n n n n − 1 n-1 n1&运算,看结果是否为0

AC代码

class Solution:
    def isPowerOfTwo(self, n: int) -> bool:
        if n > 0 and (n & (n - 1)) == 0:
            return True
        return False

在这里插入图片描述

码字不易,您的支持就是我坚持下去的动力,一起加油哦。

### 代码原理分析 #### 1. 2的二进制表示特点 在二进制表示中,一个数如果是2,那么它的二进制形式有且仅有一位是1,其余位都是0。例如: - \(2^0 = 1\),二进制表示为 `0001` - \(2^1 = 2\),二进制表示为 `0010` - \(2^2 = 4\),二进制表示为 `0100` - \(2^3 = 8\),二进制表示为 `1000` #### 2. `n & (n - 1)` 的作用 `&` 是按位与运算符,它会将两个数的对应二进制位进行与运算,只有当两个对应位都为1时,结果的该位才为1,否则为0。 当 `n` 是2时,`n - 1` 的二进制表示会将 `n` 中唯一的那个1变为0,并且该位右边的所有位都变为1。例如: - 若 \(n = 8\),二进制是 `1000`,那么 \(n - 1 = 7\),二进制是 `0111` - 对 `n` 和 `n - 1` 进行按位与运算:`1000 & 0111 = 0000` 对于不是2的数,`n` 的二进制表示中会有多个1。例如 \(n = 6\),二进制是 `0110`,\(n - 1 = 5\),二进制是 `0101`,`0110 & 0101 = 0100`,结果不为0。 #### 3. `n > 0` 的作用 因为负数和0都不可能是2,所以需要先判断 `n` 是否大于0。 ### 代码示例 ```cpp #include <iostream> bool isPowerOfTwo(int n) { return n > 0 && (n & (n - 1)) == 0; } int main() { int num = 8; if (isPowerOfTwo(num)) { std::cout << num << " is a power of two." << std::endl; } else { std::cout << num << " is not a power of two." << std::endl; } return 0; } ``` ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:\(O(1)\),因为只进行了常数级的位运算。 - **空间复杂度**:\(O(1)\),只使用了常数级的额外空间。
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