异或运算
1）0 ^ N = N
2) N ^ N = 0
3) 同样一批数，有交换律和结合律，异或得到的结果一定是同一个。
交换律：a ^ b = b ^ a
结合律：(a ^ b) ^ c = a ^ (b ^ c)
其实都是来自于异或运算就是无进位相加这一个概念。
题目一：
一个数组中有一种数出现了奇数次，其他数都出现了偶数次，怎么找到并打印这个数？
思路：
将数组中所有数异或一遍，得到的数，就是最终的求值。
题目二：
怎么把一个int类型的数，提取出最右侧的1来
题目的画图如下：
怎么做呢？
为什么是a & (-a)呢？看演算草图：
a & (~a + 1) 可以得到结果，保留a最后侧的1。a 与上 (a取反 + 1)，也就是a 与 a的相反数。也就是：
a & (-a)
package class02;
public class Code02_EvenTimesOddTimes {
// arr中，只有一种数，出现奇数次
public static void printOddTimesNum1(int[] arr) {
int eor = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
eor ^= arr[i];
}
System.out.println(eor);
}
public static void main(String[] args) {
int a = 5;
int b = 7;
//这样运算下来，a和b发生交换
a = a ^ b;
b = a ^ b;
a = a ^ b;
System.out.println(a);
System.out.println(b);
int[] arr1 = { 3, 3, 2, 3, 1, 1, 1, 3, 1, 1, 1 };
printOddTimesNum1(arr1);
}
}题目四：
一个数组中有两种数出现了奇数次，其他数都出现了偶数次，怎么找到并打印这两种数？
思路：
1.假设数组中a、b出现了奇数次，准备一个变量eor，将数组中的数全部异或一遍，最后得到的结果就是a^b
2.因为a！=b，所以eor！=0，那么eor肯定有一个位置是1。可以利用上面所学的，找到eor最右侧的1.
3.不妨设eor从右往左数，第三个位置上的数是1，说明啥？说明a和b在这第三个位置的数一定不相同。
4.可以将arr数组分成两半：第一半：第三个位置的数是1的所有数。第二半：第三个位置的数是0的所有数。a和b在这两类中一定是分开的。
5.那么在第一半中出现了偶数次的某些数，他们的第三个位置是1. 第二半中也会存在第三个位置是0的一些出现了偶数次的数。也就是说：这些出现了偶数次的数，也会被砍成两半，一半是左边，一半是右边，是互斥的：
6.分别将左半部分进行异或、右半部分进行异或。就得到了结果。
代码：
package class02;
import java.util.Arrays;
public class Code07_EvenTimesOddTimes {
/**
* arr中，有两种数，出现奇数次
* 找到这两个数：
*/
public static int[] printOddTimesNum2(int[] arr) {
int eor = 0;
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
eor ^= arr[i];
}
//eor = a ^ b
//eor != 0
//eor必然有一个位置上是1
//0110010000
//0000010000
int rightOne = eor & (~eor + 1); //提取出最右的1
int onlyOne = 0; //eor'
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
//arr[i] = 111100011110000
//rightOne= 000000000010000
if ((arr[i] & rightOne) != 0) {
onlyOne ^= arr[i];
}
}
return new int[]{onlyOne, eor ^ onlyOne};
}
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {6, 6, 6, 10, 4, 4, 12, 12, 12, 12, 3, 3};
int[] result = printOddTimesNum2(arr);
System.out.println(Arrays.toString(result));
}
}题目5：一个数组中有一种数出现K次，其他数都出现了M次，M > 1， K < M
找到出现了K次的数。
要求，额外空间复杂度O(1)，时间复杂度O(N)
思路：
1.任何一个int类型的数是32位，可以将任何一个int数转化为二进制数组，比如a=8：[000000000000000..1000], a总能找到对应的二进制数组来表达的方法。
2.任何数都可以转化成数组形式的二进制数。
3.准备一个数组，长度是32.刚开始这个数组的数全是0。然后依次遇到一些数字，吧所有数字每个位置上的1全累加到数组t里。
假设某个数X出现了3次，a，b，c都出现了7次。如果这个数组在0位置的1的数量是7的整数倍，那说明X在第0个位置是不含1的。因为如果X在第0个位置含1的话，最后1的数量不可能是7的整数倍。因为X一共出现3次啊，它一定是7的整数倍+余数，余数就是这个K。
代码实现：
package class02;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.Map;
public class Code08_KM {
/**
* 用来做对数器的对照方法
* 保证这个一定是正确的，这里用hashMap词频统计来实现
*/
public static int test(int[] arr, int k, int m) {
Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
if (map.containsKey(arr[i])) {
map.put(arr[i], map.get(arr[i]) + 1);
} else {
map.put(arr[i], 1);
}
}
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
if (entry.getValue() == k) {
return entry.getKey();
}
}
return -1;
}
/**
* 请保证arr中，只有一种数出现了K次，其他数都出现了M次。
* <p>
* 别看有两个for循环，但是下面的for循环次数是固定的，32次。所以时间复杂度是O(n)
* 虽然申请了一个数组，但是长度也是固定32个。额外空间复杂度是O(1)
*/
public static int onlyKTimes(int[] arr, int k, int m) {
int[] t = new int[32];
// t[0] 0位置的1出现了几个
// t[i] i位置的1出现了几个
for (int num : arr) {
for (int i = 0; i <= 31; i++) {
t[i] += (num >> i) & 1;
}
}
int ans = 0;
for (int i = 0; i < 32; i++) {
if (t[i] % m != 0) { //在第i位上，有1
ans |= (1 << i);
}
}
return ans;
}
/**
* 用来产生一个随机数组
* @param maxKinds 出现多少种数
* @param range 每个数的大小范围
* @param k 出现k次
* @param m 出现m次 k < m
* @return
*/
public static int[] randomArray(int maxKinds, int range, int k, int m) {
int ktimeNum = randomNumber(range);
//产生多少种数，最少2种
int numKinds = (int) (Math.random() * maxKinds) + 2;
//数组的长度, k * 1 + (numKinds - 1) * m
int[] arr = new int[k + (numKinds - 1) * m];
//先在数组中填充出现K次的数
int index = 0;
for (; index < k; index++) {
arr[index] = ktimeNum;
}
//继续填充出现M次的数
numKinds--;
HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(ktimeNum);
while (numKinds != 0) {
int curNum = 0;
do {
curNum = randomNumber(range);
} while (set.contains(curNum));
set.add(curNum);
numKinds--;
for (int i = 0; i < m; i++) {
arr[index++] = curNum;
}
}
//arr 填好了，但是顺序太有规律了，进行调整一下
// i位置的数，我想随机和j位置的数做交换
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
int j = (int) (Math.random() * arr.length); // 0 ~ N -1
int tmp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = tmp;
}
return arr;
}
/**
* 产生一个 [-Range, +Range]之间的随机数
*/
public static int randomNumber(int range) {
return (int) ((range + 1) * Math.random()) - (int) ((range + 1) * Math.random());
}
public static void main(String[] args) {
int[] array = {4, 3, 1, 3, 3, 1, 1, 4};
int k1 = 2;
int m1 = 3;
//System.out.println(onlyKTimes(array, k1, m1));
//System.out.println(test(array, k1, m1));
//使用对数器进行测试
int kinds = 10; //测试数组中最多有10种数
int range = 200; //数组中数据大小范围 -200 ~ 200
int testTimes = 100000;
int max = 9;
System.out.println("测试开始");
for (int i = 0; i < testTimes; i++) {
int a = (int) (Math.random() * max) + 1; //a 1 ~ 9
int b = (int) (Math.random() * max) + 1; //b 1 ~ 9
int k = Math.min(a, b);
int m = Math.max(a, b);
if (k == m) { // 确保K < M
m++;
}
int[] arr = randomArray(kinds, range, k, m);
int ans1 = test(arr, k, m);
int ans2 = onlyKTimes(arr, k, m);
if (ans1 != ans2) {
System.out.println("出错了!");
}
}
System.out.println("测试结束");
}
}上面代码实现中，有对数器的使用，就是为了来测试我们写的方法是否正确。对照方法可以随便写，不管怎么实现，只要保证一定是正确的，就可以用来做test对照方法。
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