【出自WR面试题】
难度系数:★★★★☆ 被考察系数:★★★☆☆
题目描述:
给定一个由n-1个整数组成的未排序的数组序列,其元素都是1到n中的不同的整数。请写出一个寻找数组序列中缺失整数的线性时间算法。
分析与解答:
方法一:累加求和
首先分析一下数学性质。假设缺失的数字是X,那么这n-1个数一定是1~n之间除了X以外的所有数,试想一下,1~n一共n个数的和是可以求出来的,数组中的元素的和也是可以求出来的,二者相减,其值是不是就是缺失的数字X的值呢?
为了更好地说明上述方法,举一个简单的例子。假设数组序列为{2,1,4,5}一共4个元素,n的值为5,要想找出这个缺失的数字,可以首先对1~5这五个数字求和,求和结果为15(1+2+3+4+5=15),而数组元素的和为array[0]+array[1]+array[2]+array[3]=2+1+4+5=12,所以,缺失的数字为15-12=3。
通过上面的例子可以很容易形成以下具体思路:定义两个数suma与sumb,其中,suma表示的是这n-1个数的和,sumb表示的是这n个数的和,很显然,缺失的数字的值即为sumb-suma的值。
示例代码如下:
程序的运行结果如下:(www.xing528.com)
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算法性能分析:
这种方法的时间复杂度为O(N)。需要注意的是,在求和的过程中,计算结果有溢出的可能性。所以,为了避免这种情况的发生,在进行数学运算时,可以考虑位运算,毕竟位运算性能最好,下面介绍如何用位运算来解决这个问题。
方法二:异或法
在解决这个问题前,首先回顾一下异或运算的性质。简单点说,在进行异或运算时,当参与运算的两个数相同时,异或结果为假,当参与异或运算的两个数不相同时,异或结果为真。
1~n这n个数异或的结果为a=1^2^3^…^n。假设数组中缺失的数为m,那么数组中这n-1个数异或的结果为b=1^2^3^…(m-1)^(m+1)^…^n。由此可知,a^b=(1^1)^(2^2)^…(m-1)^(m-1)^m^(m+1)^(m+1)^…^(n^n)=m。根据这个公式可以得知本题的主要思路是:定义两个数a与b,其中,a表示的是1~n这n个数的异或运算结果,b表示的是数组中的n-1个数的异或运算结果,缺失的数字的值即为a^b的值。
实现代码如下:
算法性能分析:
这种方法在计算结果a的时候对数组进行了一次遍历,时间复杂度为O(N),接着在计算b的时候循环执行的次数为N,时间复杂度也为O(N)。因此,这种方法的时间复杂度为O(N)。
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