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解决LeetCode‘剑指 Offer’问题——计算二进制中的1的个数
在LeetCode上,剑指 Offer系列题目一直是程序员必备的基础练习。今天,我们来看看题目15,计算一个整数的二进制表示中1的个数。这题看似简单,但对刚入行的程序员来说,可能还是有一些小技巧需要掌握。
给定一个整数n,返回其二进制表示中1的个数。例如,n=9的二进制是1001,有2个1,所以程序应该返回2。
最初,我想可能需要按位检查每一位是否为1,这种方法虽然简单,但效率不高。我的思路是,从左到右暴力扫描每一位,判断是否为1,如果是,就计数加一。然而,这种方法的缺点是,当n非常大的时候,会导致大量的循环次数。
换个思路想,对于二进制数来说,每一位其实可以独立处理。每一步,检查当前位是否为1,然后右移n,继续处理下一位。这与我以前学习位运算时学过的“右移逐位处理”思路很像。
但是,二进制数的表示方式可能包括前导零。这种情况下,是否应该考虑前面的零?比如说,当n的二进制形式为0b100000...的时候,前面有很多位是0,我们在统计的时候是否需要忽略这些0?
经过认真分析,我意识到可以利用位运算的特点来高效地解决这个问题。基本思路是这样的:
这一系列的操作很好地体现了位运算的独特优势,避免了逐个检查每一位的低效操作。
在这个解决方案中,主要用到以下位运算符号:
n & 1:检查当前位是否为1。n >> 1:对n进行无符号右移。理解这些符号的意义非常关键。无符号右移(n >> 1)会将n的所有位全部右移一位,并在最低位补零。这保证了我们可以逐步处理n中的每一位。
最终的Python代码大致如下:
def count_ones(n): res = 0 while n != 0: res += n & 1 n >>= 1 return res
这道题的时间复杂度是O(log2(n)),因为每次右移都会将n缩小为原来的二分之一。而空间复杂度为O(1),因为我们只使用了几个额外的变量。
在实际编程中,我们需要特别考虑以下几种特殊情况:
这些检查在现实中虽然不影响算法的时间复杂度,但对代码的鲁棒性有一定的提升。
通过分析题目和位运算的特性,我们找到了一个高效的解决方案。这种方法不仅节省了时间,还简化了代码的逻辑。希望这篇文章能为你解答疑惑,帮助你在对抗LeetCode难题中脱颖而出!
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