[Leetcode] Missing Number and Missing First Positive 找缺失数

Missing Number

Given an array containing n distinct numbers taken from 0, 1, 2, ..., n, find the one that is missing from the array.

For example, Given nums = [0, 1, 3] return 2.

Note: Your algorithm should run in linear runtime complexity. Could you implement it using only constant extra space complexity?

二分搜索法 Binary Search

复杂度

时间 O(NlogN) 空间 O(1)

思路

先将数组排序，然后进行二分搜索。显然，中点的下标和中点的值相同时，说明从起始到中点没有错位，缺失数应该在数组后边。如果不相等，说明前面已经有错位，缺失数在左边。如果缺失数是最后一个的话，那整个数组都没有错位，则要返回最后一个加1。

注意

虽然原题中这个方法并不是最优的，但如果题目中的数组已经排序的了，那二分法就比其他两个方法要好了。

代码

public class Solution {
    public int missingNumber(int[] nums) {
        Arrays.sort(nums);
        int min = 0, max = nums.length - 1;
        while(min < max){
            int mid = (min + max) / 2;
            // 没错位，在右边。有错位，则在左边
            if(mid == nums[mid]){
                min = mid + 1;
            } else {
                max = mid - 1;
            }
        }
        // 如果没有错位，则返回最后一个数加1
        return nums[min] == min ? min + 1 : min;
    }
}

等差数列计算法 Arithmetic Progression

复杂度

时间 O(N) 空间 O(1)

思路

由题意，大小为n的数组里的所有数都是0 - n之间的数，作为等差数列，如果没有缺失的时候它的和是能O(1)计算出来的，所以我们遍历一遍记录最大、最小和数组和，用期望数组和减去实际数组和，就是缺失的整数

注意

缺失0和缺失n的时候要特殊处理，因为他们俩的期望和减去实际和都是0。记录最小值可以用来判断是否缺失0。

代码

public class Solution {
    public int missingNumber(int[] nums) {
        if(nums.length == 0) return 0;
        int max =0, min= nums[0], sum = 0;
        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            sum += nums[i];
            max = Math.max(max, nums[i]);
            min = Math.min(min, nums[i]);
        }
        int correctSum = (max + 0) * (max - 0 + 1) / 2;
        return correctSum - sum;
    }
}

异或法 Exclusive OR

复杂度

时间 O(N) 空间 O(1)

思路

根据异或的特性，对于一个数，异或自己是0，异或0是自己，所以我们把0-n都异或一遍，再对着给定数组异或一遍，结果就是缺失的数。

代码

public class Solution {
    public int missingNumber(int[] nums) {
        int res = 0;
        for(int i = 0; i <= nums.length; i++){
            res ^= i == nums.length ? i : i ^ nums[i];
        }
        return res;
    }
}

First Missing Positive

Given an unsorted integer array, find the first missing positive integer.

For example, Given [1,2,0] return 3, and [3,4,-1,1] return 2.

Your algorithm should run in O(n) time and uses constant space.

映射法

复杂度

时间 O(N) 空间 O(1)

思路

核心思想就是遍历数组时，将每个元素，和以该元素为下标的元素进行置换，比如第一个元素是3，就将它置换到下标为3的地方，而原本下标为3的地方的元素就换到第一个来。如果换来的元素也是在正确的位置就检查下一个元素，否则继续交换，直到：

• 待交换的两个数是一样的

• 当前位置的元素没有对应的目的地（比如负数，或者超界元素）

注意

• 数组是从0开始的，而正数是从1开始的，为了简化映射关系，把数组里所有元素都减了1，最后返回答案时再加1即可。

• 如果最后还没找到，就说明缺失的是最后一个数n

代码

public class Solution {
    public int firstMissingPositive(int[] nums) {
        //减1预处理数组，简化映射关系
        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            nums[i]--;
        }
        for(int i = 0; i < nums.length;i++){
            while(nums[i]!=i && nums[i] >=0 && nums[i]<nums.length && nums[i]!=nums[nums[i]]){
                int tmp = nums[i];
                nums[i] = nums[nums[i]];
                nums[tmp] = tmp; 
            }
        }
        //找出第一个不在对应位置的数
        for(int i = 0; i < nums.length; i++){
            if(nums[i]!=i) return i+1;
        }
        //都没找到说明是最后一个数
        return nums.length+1;
    }
}