刷题笔记2：用位运算找“只出现一次的一个数”

1. & 和 | 的基本操作

137. 只出现一次的数字 II - 力扣（LeetCode）

先对位运算的操作进行复习：

1、>> 右移操作符

移位规则：⾸先右移运算分两种：

1. 逻辑右移：左边⽤0填充，右边丢弃

2. 算术右移：左边⽤原该值的符号位填充，右边丢弃

一般的编译器都默认使用算术右移。

2. << 左移操作符

移位规则：左边抛弃、右边补0

注意，所有的操作符只能移动整数。

3. & 和 |

& //按位与
| //按位或

&：两位数都为1时为1，其余时候为0

| : 两位数只要有一个为1，就为1，其余时候为0

并且，| ^ &的优先级都是低于==和!=的， 需要判断语句时记得加括号

意义：

& :
清零特定位 (m中特定位置0，其它位为1，s=s&m或s&=m)
取某数中指定位 (m中特定位置1，其它位为0，s=s&m或s&=m) 比如最经典的
for(i=0;i<32;++i) //int是32位二进制整数
int ans =（x>>i）& 1;
由于1的补码是 000...0001,x每次右移1位来将每一位分别和0000....0001进行按位与，因此每一轮循环都能将x的一位赋值给ans，让ans依次得到x的每一个二进制位。

| :

多用于将左操作数某些位置1，其它位不变（m特定位置为1，其余位置为0，希望将s的特定位置改为1，s |= m）

经典：根据特定的条件将ans中的某几位调整为1（将0000..0001中的1一位一位的往前挪）
if(.....)
ans |= (1 << i);

有了以上铺垫，我们再学习思路：

由于除了答案，其余每个数字出现三次，所以这三个相同数字为一组中，就有三个一模一样的32为二进制数据（3个1或3个0），我们将第n位上的所有数据加在一起再对3取模，得到的数据就是ans在这一个二进制位上该有的数据。（很多个3和0取出来的模都为0，此时不论ans对应的这一位是1或0，都能被正确赋值）

答案：

int singleNumber(vector<int>& nums) {
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < 32; ++i) {
            int x = 0;
            for (int j = 0; j < nums.size(); ++j) {
                x += (nums[j] >> i) & 1;
            }
            if (x % 3) {
                ans |= (1 << i);
            }
        }
        return ans;
    }

2.小试牛刀

136. 只出现一次的数字 - 力扣（LeetCode）

依然是找出只出现一次的数据，不过按位异或就可以了

^ : 双目运算符按位异或，相异位1，相同为0

 int singleNumber(vector<int>& nums) {
        int ans=0;
        for(auto e:nums){
            ans^=e;
        }
        return ans;
    }

3.位运算 x & -x 来获取x的lowbit(取出二进制下X最低位的1)

假设x为正数（位操作符都只对整数有用），在x变成-x时，除了第一位的符号位变化外，在由原码变到反码再到补码（取反加一）时，取反加一中的 “加一”，一定会加到反码由低到高的第一个0上，而反码所有的0都对应的是原码（正数）的1，（所以反码的第一个0对应的就是原码的第一个1）当反码的第一个0（假定这个0在p位置）被加成1后，就可以通过&运算或得 “最低位在p位置并且是1”的数据。

我们可以认为x &-x是一种取得最低位1的技巧，并且这个用法对负数也凑效。

并且，在y = x & -x后，y是个除了符号位和p位置以外，其余位置都是0的数。

来个大的：

260. 只出现一次的数字 III - 力扣（LeetCode）

就像刚刚的小试牛刀，我们可以用异或消掉除了ans数组（用于存放两个只出现一次的数a, b）之外的所有数据。不过这两个被异或在一起的数据(x = a^b)该怎么分开呢？

分开的方法：

对于x，x的每一个1，一定都是由一个数的1和另一个数的0组成的。

在这个理论的基础上，我们通过x & -x来获得一个和x的最低位1（假设在位置p）相同，其他（除最高位）都是0的数字y。我们通过判断位置p是否为1将nums数组分成两组，所以ans数组中的两个数字一定就被分开了，两组中剩下的其他数字一定是成对出现的，将两个组分别全部异或就能得到答案。