leetcode 算法解析（一）：260. Single Number III

260.Single Number II 原题链接

• 本题其实算是比较简单，在 leetcode 上也只是 medium 级别，ac 率也很高，最好先自己尝试，本文只是单纯的记录一下自己整体的思路；

• 在阅读本文章之前，最好先解锁本题的简单模式 136.Single Number，这对理解本题有较大的帮助；

• 还有很多细节作者都没有写进去，是为了留给读者一点思考的空间，其实是因为懒；

• 由于作者个人水平等原因，出现错误在所难免，还望各位看官海涵。

注意 Note 中的第一个条件：The order of the result is not important.，这个条件非常重要，这关系到算法的正确性。

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然后给出整个算法的具体思路，假设数组中两个不同的数字为 A 和 B；

1. 通过遍历整个数组并求整个数组所有数字之间的 XOR，根据 XOR 的特性可以得到最终的结果为 AXORB = A XOR B；

2. 通过某种特定的方式，我们可以通过 AXORB 得到在数字 A 和数字 B 的二进制下某一位不相同的位；因为A 和 B 是不相同的，所以他们的二进制数字有且至少有一位是不相同的。我们将这一位设置为 1，并将所有的其他位设置为 0，我们假设我们得到的这个数字为 bitFlag；

3. 那么现在，我们很容易知道，数字 A 和 数字 B 中必然有一个数字与上 bitFlag 为 0；因为bitFlag 标志了数字 A 和数字 B 中的某一位不同，那么在数字 A 和 B 中的这一位必然是一个为 0，另一个为 1；而我们在 bitFlag 中将其他位都设置为 0，那么该位为 0 的数字与上 bitFlag 就等于 0，而该位为 1 的数字与上 bitFlag 就等于 bitFlag

4. 现在问题就简单了，我们只需要在循环一次数组，将与上 bitFlag 为 0 的数字进行 XOR 运算，与上 bitFlag 不为 0 的数组进行独立的 XOR 运算。那么最后我们得到的这两个数字就是 A 和 B。

先给出具体实现，引用自 proron's Java bit manipulation solution，我修改了部分代码以便于理解：

public class Solution {
    public int[] singleNumber(int[] nums) {
        int AXORB = 0;
        for (int num : nums) {
            AXORB ^= num; 
        }
        // pick one bit as flag
        int bitFlag = (AXORB & (~ (AXORB - 1)));
        int[] res = new int[2];
        for (int num : nums) {
            if ((num & bitFlag) == 0) {
                res[0] ^= num;
            } else {
                res[1] ^= num;
            }
        }
        return res;
    }
}

接下来，我们一行行的解析代码：

int AXORB = 0;
for(int num: nums){
    AXORB ^= num;
}

这段代码在 136.Single Number 已经解析过，很容易理解最后得到的结果：假设数组中不同的数字为 A 和 B，那么 最后得到的结果是 A XOR B。

随后的这一行代码是整个算法中的难点：

//pick one bit as flag
int bitFlag = (AXORB & (~ (AXORB - 1)));

这一行代码的作用是：找到数字 A 和数字 B 中不相同的一位，并将该位设置为 1，其他位设置为 0；
根据 XOR 的定义，我们知道，在 AXORB 中，为 1 的位即 A 和 B 不相同的位，AXORB 中为 0 的位即 A 和 B 中相同的位
所以，要找到 A 和 B 中不相同的位，只需要找到在 AXORB 中从右往左第一个为 1 的位，保留该位并将其他位置为 0 即可。

//其实这一行与下面的代码等价，但是论逼格就差远了（手动斜眼
public static int f(int num){
    int times = 0;
    while(num > 0){
        if(num % 2 == 1){
            break;
        }
        times++;
        num = num >> 1;
    }
    
    return 1 << times;
}
//下面这个返回 true
System.out.println(Stream.iterate(1, num -> num + 1).limit(Integer.MAX_VALUE).allMatch(num -> f(num)==(num & (~(num -1)))));

我们可以把这一行代码解析为三步：

int tmp0 = AXORB - 1;

• 假设 AXORB 从右往左出现的第一位非 0 数字出现在第k位，那么数字 AXORB 可以表示为，可能等于 0：

如果 a0 = 1；那么问题非常简单， AXORB - 1 可以表示为：

int tmp1 = ~tmp0;

int bitFlag = AXORB & tmp1;

由前面假设我们知道 a0=1，所以很明显， bitFlag = 1;

如果 a0 != 1，我们同样很容易得出这一行代码的作用就是将数字 AXORB 的从右到左第一个出现 1 的位置为 1，其他位全部置为 0。其实一点都不容易，只不过用 laTex 写数学公式好蛋疼啊，所以偷下懒

到这里，整个算法基本上就没什么难点了，大家自行理解吧。

我了个大槽，我本来只是想试试新学的 laTex，结果他喵的就写了这么多。大写加粗的坑