位运算 算法

本文详细介绍了位运算的基础概念,如进制转换、原码、补码和反码,以及常用的位运算符如按位与、或、非、异或。通过三个LeetCode题目实例演示如何在实际编程中运用位运算解决计数和查找问题。适合深入理解计算机底层和优化算法的开发者。

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位运算 算法

1、进制

十进制:满10进1,数字涵盖0-9

二进制:满2进1,数字涵盖0-1

2、原码,补码,反码

二进制原码、反码、补码的产生过程就是为了解决计算机做减法和引入符号位的问题。

  1. 原码

    以带符号位的四位二进制数为例:1010,最高位为1表示这是一个负数,其它三位010,所以1010表示十进制数-2。

  2. 反码

    正数的反码还是等于原码;负数的反码就是它的原码除符号位外,按位取反。

  3. 补码

    计算方法1:求其反码+1

    计算方法2:原码从右开始直到遇到1,1及右边不变,左边取反

3、位运算符
  1. 按位与 &

    1&1=1

    1&0=0

    0&0=0

  2. 按位或 |

    1|1=1

    1|0=1

    0|0=0

  3. 按位非 ~

    ~1=0

    ~0=1

  4. 按位异或 ^

    1^1=0

    1^0=1

    0^0=0

    相同则0,不同则1

  5. 有符号右移 >>

    若正数,高位补0,负数,高位补1

  6. 有符号左移 <<

    舍弃高位,低位补0

  7. 无符号右移 >>>

    无论正负,高位均补0

4、位运算 算法题
4.1、力扣136

给你一个 非空 整数数组 nums ,除了某个元素只出现一次以外,其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。

你必须设计并实现线性时间复杂度的算法来解决此问题,且该算法只使用常量额外空间。

示例 1 :

输入:nums = [2,2,1]
输出:1

思路:

采用按位异或^运算,相同为0,不同为1

异或后只剩下唯一的一次出现的数,即我们的result

class Solution {
    public int singleNumber(int[] nums) {
        int result = 0;
        for (int num : nums){
            result = result ^ num;
        }
        return result;
    }
}
4.2、力扣338

给你一个整数 n ,对于 0 <= i <= n 中的每个 i ,计算其二进制表示中 1 的个数 ,返回一个长度为 n + 1 的数组 ans 作为答案。

示例 1:

输入:n = 2
输出:[0,1,1]
解释:
0 --> 0
1 --> 1
2 --> 10

思路:

二进制中1的个数,我们可以利用n和n-1的按位与&,目的是每次划去n这个数二进制数中的一位1,原因是因为两个相差为1的数按位与后只会消除掉最右边的1。

比如5的二进制101 与4的二进制100进行按位与&运算得:100,也就是相对于5的101消掉了最右一个1,然后在4的100与3的11按位与得0,然后操作了两次,也就是两个1,至此就可以算出该数二进制1的个数了。

总结出计算方法也就是:x&(x-1)

再利用一个动态规划,利用之前所算出的结果+1,得到我们的结果数组

class Solution {
    public int[] countBits(int n) {
        int[] bits = new int[n + 1];
        for (int i = 1; i <= n; i++){
            bits[i] = bits[i & (i - 1)] + 1;
        }
        return bits;
    }
}
4.3、力扣461

两个整数之间的 汉明距离 指的是这两个数字对应二进制位不同的位置的数目。

给你两个整数 x 和 y,计算并返回它们之间的汉明距离。

示例 1:

输入:x = 1, y = 4
输出:2
解释:
1 (0 0 0 1)
4 (0 1 0 0)
↑ ↑
上面的箭头指出了对应二进制位不同的位置。

思路:

这个跟力扣338的题有些类似,比之不一样的是这是两个数,判断不同位置的,我们可以想到按位异或,相同则为0,不同为1,所以两个数进行按位异或得到xor,我们得到的xor二进制中有多少个1就是对应二进制有多少个不同01位置

class Solution {
    public int hammingDistance(int x, int y) {
        int distance = 0;
        for (int xor = x ^ y; xor != 0; xor &= (xor - 1)){
            distance++;
        }
        return distance;
    }
}
### PyCharm 打开文件显示全的解决方案 当遇到PyCharm打开文件显示全的情况时,可以尝试以下几种方法来解决问题。 #### 方法一:清理缓存并重启IDE 有时IDE内部缓存可能导致文件加载异常。通过清除缓存再启动程序能够有效改善此状况。具体操作路径为`File -> Invalidate Caches / Restart...`,之后按照提示完成相应动作即可[^1]。 #### 方法二:调整编辑器字体设置 如果是因为字体原因造成的内容显示问题,则可以通过修改编辑区内的文字样式来进行修复。进入`Settings/Preferences | Editor | Font`选项卡内更改合适的字号大小以及启用抗锯齿功能等参数配置[^2]。 #### 方法三:检查项目结构配置 对于某些特定场景下的源码视图缺失现象,可能是由于当前工作空间未能正确识别全部模块所引起。此时应该核查Project Structure的Content Roots设定项是否涵盖了整个工程根目录;必要时可手动添加遗漏部分,并保存变更生效[^3]。 ```python # 示例代码用于展示如何获取当前项目的根路径,在实际应用中可根据需求调用该函数辅助排查问题 import os def get_project_root(): current_file = os.path.abspath(__file__) project_dir = os.path.dirname(current_file) while not os.path.exists(os.path.join(project_dir, '.idea')): parent_dir = os.path.dirname(project_dir) if parent_dir == project_dir: break project_dir = parent_dir return project_dir print(f"Current Project Root Directory is {get_project_root()}") ```
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