Single Number I & II

本文介绍了一种线性时间复杂度的算法来找出数组中仅出现一次的元素,分别针对元素两次和三次重复的情况提供了两种实现方法,并且强调了不使用额外内存的重要性。

Given an array of integers, every element appears twice except for one. Find that single one.

Note:
Your algorithm should have a linear runtime complexity. Could you implement it without using extra memory?

class Solution {
public:
    int singleNumber(int A[], int n) {
        // Note: The Solution object is instantiated only once and is reused by each test case.
        int ret = 0;
        for(int i = 0;i<n;i++)
            ret ^= A[i];
        return ret;
    }
};


Single Number  II

Given an array of integers, every element appears three times except for one. Find that single one.

Note:
Your algorithm should have a linear runtime complexity. Could you implement it without using extra memory?

如果整个数组中某bit上1出现的次数为 3*k +1 的话,那么只出现一次的数在该位必定为1。

class Solution {
public:
    int singleNumber(int A[], int n) {
        // Note: The Solution object is instantiated only once and is reused by each test case.
        int ret = 0;
        int mask = 0x0001;
        for(int i = 0;i<32;i++)
        {
            int cnt = 0;
            for(int j = 0;j<n;j++)
            {
                cnt += (A[j] & mask)>>i;
            }
            ret |= (cnt%3)<<i;
            mask <<= 1;
        }
        return ret;
    }
};

52 ms




根据原作 https://pan.quark.cn/s/459657bcfd45 的源码改编 Classic-ML-Methods-Algo 引言 建立这个项目,是为了梳理和总结传统机器学习(Machine Learning)方法(methods)或者算法(algo),和各位同仁相互学习交流. 现在的深度学习本质上来自于传统的神经网络模型,很大程度上是传统机器学习的延续,同时也在不少时候需要结合传统方法来实现. 任何机器学习方法基本的流程结构都是通用的;使用的评价方法也基本通用;使用的一些数学知识也是通用的. 本文在梳理传统机器学习方法算法的同时也会顺便补充这些流程,数学上的知识以供参考. 机器学习 机器学习是人工智能(Artificial Intelligence)的一个分支,也是实现人工智能最重要的手段.区别于传统的基于规则(rule-based)的算法,机器学习可以从数据中获取知识,从而实现规定的任务[Ian Goodfellow and Yoshua Bengio and Aaron Courville的Deep Learning].这些知识可以分为四种: 总结(summarization) 预测(prediction) 估计(estimation) 假想验证(hypothesis testing) 机器学习主要关心的是预测[Varian在Big Data : New Tricks for Econometrics],预测的可以是连续性的输出变量,分类,聚类或者物品之间的有趣关联. 机器学习分类 根据数据配置(setting,是否有标签,可以是连续的也可以是离散的)和任务目标,我们可以将机器学习方法分为四种: 无监督(unsupervised) 训练数据没有给定...
&lt;think&gt;好的,我需要将用户提供的Java代码转换为C++,并解释其工作原理。首先,我得仔细理解原始代码的功能。这个函数名为singleNumber,接受一个整数数组nums,返回只出现一次的数字。其他数字都出现三次,所以这是一个找出唯一出现一次的数字的问题。 接下来,分析算法。代码中使用了一个bitSums数组,长度为32,用来统计每一位上1的总数。对于每个数字,遍历每一位,将每一位的1累加到对应的bitSums位置。然后,遍历bitSums,每位对3取余,因为出现三次的数字在该位上的和会是3的倍数,余数就是只出现一次的数字在该位的值。最后将这些余数组合成结果。 现在转换为C++。首先,C++的数组声明和Java不同,这里需要使用int bitSums[32] = {0}; 来初始化为0。循环部分,C++的foreach循环需要正确的类型,使用auto或者int来遍历nums。位操作部分,Java的&gt;&gt;运算符在C++中对于有符号数可能会有符号扩展的问题,但在这里处理的是int,C++和Java的行为应该一致。不过需要考虑负数的情况吗?因为题目中的nums可能包含负数,但原算法处理的是二进制位,不管符号,所以应该没问题。 然后,result的构造部分,Java中左移并加上余数,C++中的操作符相同。需要注意的是,在C++中,int的大小可能根据编译器不同而不同,但通常和Java一样是32位,所以没问题。 然后,测试一下可能的边界情况。比如nums中有负数,或者所有数字都出现三次,只有一个不同。但根据题目描述,输入应该是有效的,即确实存在这样的数字,所以代码不需要处理这些异常。 在代码转换时,需要注意变量声明的位置,C++需要明确类型,比如在循环中声明int num,或者使用auto。此外,函数的参数需要将int[] nums转换为C++中的vector&lt;int&gt;&amp; nums或者指针形式。用户可能希望代码使用vector,所以参数改为vector&lt;int&gt;&amp; nums。 总结步骤: 1. 将bitSums数组初始化为0。 2. 遍历每个数字,每个位,累加bit。 3. 计算每位模3的结果,组合成结果。 4. 返回结果。 现在编写C++代码,函数参数使用vector&lt;int&gt;&amp;,循环使用范围for循环。注意C++中右移操作符的行为是否与Java一致,Java的&gt;&gt;是带符号右移,C++中对于有符号数也是带符号右移,所以相同。 测试例子,比如输入[2,2,3,2],应该返回3。或者更复杂的例子,确保代码正确。 最后,解释代码时,需要分步骤说明每个部分的作用,特别是位统计和模3的原因,以及如何通过左移构造结果。&lt;/think&gt;以下是将该Java代码转换为C++的代码实现及逐步讲解: ```cpp int singleNumber(vector&lt;int&gt;&amp; nums) { int bitSums[32] = {0}; // 1. 创建32位二进制位统计数组 // 2. 遍历所有数字统计每一位的1出现次数 for (int num : nums) { for (int i = 0; i &lt; 32; i++) { // 从最高位(第31位)开始检查每一位是否为1 bitSums[i] += (num &gt;&gt; (31 - i)) &amp; 1; } } // 3. 通过取模3计算结果 int result = 0; for (int i = 0; i &lt; 32; i++) { result = (result &lt;&lt; 1) | (bitSums[i] % 3); // 逐位组合结果 } return result; } ``` #### 核心原理分步解析 1. **位统计阶段** - 每个数字的二进制位会被拆解到32个计数器(对应`bitSums[32]`数组) - 例如数字5(二进制`000...000101`)会让`bitSums[29]`、`bitSums[31]`各加1 - 时间复杂度:$O(32n)$,空间复杂度:$O(1)$ 2. **取模运算阶段** - 关键点:出现3次的数字在每个位的总和必然是3的倍数 - 例如某位总和为7(7%3=1)表示只出现一次的数字在该位为1 - 使用`bitSums[i] % 3`获取目标数字在该位的值 3. **结果重组阶段** - 通过左移位操作逐位构建最终数字 - `result &lt;&lt; 1`将已处理位左移腾出新位置 - `|`操作符将当前位的值合并到结果中 #### 代码差异说明 1. 数组初始化:C++要求显式初始化`int bitSums[32] = {0}` 2. 循环语法:C++使用`for (int num : nums)`遍历vector 3. 位运算符:`|`比`+`更符合位运算语义(但两者在此处等效) #### 示例验证 输入:`[2,2,3,2]`(二进制`10,10,11,10`) - 最低位总和:1(2出现3次) + 1(3出现1次)= 4 &rarr; 4%3=1 - 第二位总和:3(2出现3次) + 1(3出现1次)= 4 &rarr; 4%3=1 结果:二进制`11` &rarr; 十进制3 该方法通过二进制位的数学特性,以线性时间、常数空间解决「只出现一次的数字」问题。
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