位运算-数组中只出现一次的数字-JZ40

双重身份:找出数组中仅出现一次的整数
本文介绍两种高效算法,一种使用哈希表解决,时间复杂度O(N),空间复杂度O(N);另一种利用位运算异或操作,空间复杂度O(1)。通过实例演示如何在整型数组中找出仅出现一次的两个数字并返回它们的值。

描述
一个整型数组里除了两个数字只出现一次,其他的数字都出现了两次。请写程序找出这两个只出现一次的数字。

示例1

输入: [1,4,1,6]
返回值: [4,6]
说明: 返回的结果中较小的数排在前面

思路1
哈希法,时间复杂度和空间复杂度都是O(N)

代码1

import java.util.*;

public class Solution {
    public int[] FindNumsAppearOnce (int[] array) {
        int[] res = new int[2];
        if (array == null || array.length < 2) {
            return res;
        }
        HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        for(int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (map.containsKey(array[i])) {
                map.remove(array[i], 1);
            } else {
                map.put(array[i], 1);
            }
        }
        int i = 0;
        // 最后拿出来放进返回结果的数组中进行返回
        for(Integer num : map.keySet()){
            res[i++] = num;
        }
        return res;
    }
}

思路2
位运算,如果两个数一样则异或结果为0,不一样则异或结果为1。(二进制)
(0⊕0=0,1⊕0=1,0⊕1=1,1⊕1=0)

举个例子:

4 ⊕ 4 = 0,将4化为二进制为 0100
所以 0100
异或 0100
得到 0000

4 ⊕ 4 ⊕ 5 = 5 则
0100 ​
0100 ​
0101
得到 0101
我们可以看到上面的运算过程,因为4=4,两者相等异或结果为0。所以0异或任意数都等于任意数。

相同的数,换算成二进制,任何一位是相同的。
只要我们找出a和b二进制中哪一位不同,就能够通过&运算将数组中不同的数a和b区分成两个数组,分别对这两个数组进行异或运算,便能求出a,b
举例:[1, 6,12, 1] a = 6, b = 12
12^6 = 1100 ^ 0110 = 1010 有两个位置为1,暂且只用0010区分
其中1100 & 0010= 0000 , 0110 & 0010= 0010

时间复杂度:O(N)。
空间复杂度:O(1)。
代码:

import java.util.*;

public class Solution {
    public int[] FindNumsAppearOnce (int[] array) {
        int[] res = new int[2];
        if (array == null || array.length < 2) {
            return res;
        }
        int temp = 0;
        for(int i = 0; i < array.length; i++) {
            temp ^= array[i];
        }
        //temp = 12^6 = 1100 ^ 0110 = 1010
        //mask最终则为 0010   表示 a和b二进制数中从右往左第一个不同的位
        int mask = 1;
        while((temp&mask) == 0) {
            mask <<= 1;
        }
        int a = 0;
        int b = 0;
        for(int i = 0; i < array.length; i++) {
            //用mask进行&运算便能将a与b分成不同的两组
            if ((array[i]&mask) == 0) {
                a ^= array[i];
            } else {
                b ^= array[i];
            }
        }
        if(a > b) {
            int c = a;
            a = b;
            b = c;
        }
        res[0] = a;
        res[1] = b;
        return res;
    }
}
【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器的建模与仿真展开,重点介绍了基于Matlab的飞行器动力学模型构建与控制系统设计方法。通过对四轴飞行器非线性运动方程的推导,建立其在三维空间中的姿态与位置动态模型,并采用数值仿真手段实现飞行器在复杂环境下的行为模拟。文中详细阐述了系统状态方程的构建、控制输入设计以及仿真参数设置,并结合具体代码实现展示了如何对飞行器进行稳定控制与轨迹跟踪。此外,文章还提到了多种优化与控制策略的应用背景,如模型预测控制、PID控制等,突出了Matlab工具在无人机系统仿真中的强大功能。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础和Matlab编程能力的高校学生、科研人员及从事无人机系统开发的工程师;尤其适合从事飞行器建模、控制算法研究及相关领域研究的专业人士。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器非线性动力学建模的教学与科研实践;②为无人机控制系统设计(如姿态控制、轨迹跟踪)提供仿真验证平台;③支持高级控制算法(如MPC、LQR、PID)的研究与对比分析; 阅读建议:建议读者结合文中提到的Matlab代码与仿真模型,动手实践飞行器建模与控制流程,重点关注动力学方程的实现与控制器参数调优,同时可拓展至多自由度或复杂环境下的飞行仿真研究。
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