算法与数据结构 之 位运算

位运算

一、概念

程序中的所有数在计算机中都是以二进制的形式存储的,位运算就是直接对整数在内存中的二进制位进行操作。

二、常见位运算操作

常见位运算操作包括: 左移(<<),右移(>>),按位或(|),按位与(&),按位取反(~),按位异或(^)(相同为0,不同为1)

三、位运算应用

1、判断奇偶性
2、交换两个数
3、取余
4、生成第一个大于a的满足2^n的数
5、求相反数
6、求绝对值
7、获取int型变量的第K位
8、某个数的二进制里面1的个数
9、比较两个数的大小
10、使用异或对明文进行加密

四、常见面试题

例题1:
190. 颠倒二进制位 https://leetcode-cn.com/problems/reverse-bits/

颠倒给定的 32 位无符号整数的二进制位。

示例 1:

输入: 00000010100101000001111010011100
输出: 00111001011110000010100101000000
解释: 输入的二进制串 00000010100101000001111010011100 表示无符号整数 43261596,
因此返回 964176192,其二进制表示形式为 00111001011110000010100101000000。
示例 2:

输入:11111111111111111111111111111101
输出:10111111111111111111111111111111
解释:输入的二进制串 11111111111111111111111111111101 表示无符号整数 4294967293,
因此返回 3221225471 其二进制表示形式为 10111111111111111111111111111111 。

思路
位运算, &1 判断最后一位的奇偶性,每次判断完之后,右移一位,即判断下一位

时间复杂度: O(1)
空间复杂度: O(1)

代码实现

class Solution:
    def reverseBits(self, n: int) -> int:
        res = 0
        for i in range(31, -1, -1):
            res += (n&1) << i
            n >>= 1
        return res

例题2:922. 按奇偶排序数组 II https://leetcode-cn.com/problems/sort-array-by-parity-ii/

给定一个非负整数数组 A, A 中一半整数是奇数,一半整数是偶数。

对数组进行排序,以便当 A[i] 为奇数时,i 也是奇数;当 A[i] 为偶数时, i 也是偶数。

你可以返回任何满足上述条件的数组作为答案。

示例:

输入:[4,2,5,7]
输出:[4,5,2,7]
解释:[4,7,2,5],[2,5,4,7],[2,7,4,5] 也会被接受。

思路
思路:按位与,如果结果是1,则说明是奇数,如果是0,则说明是偶数

时间复杂度: O(n)
空间复杂度: O(1)

代码实现

class Solution:
    def sortArrayByParityII(self, A: List[int]) -> List[int]:
        even, odd = 0, 1
        res = [0] * len(A)
        for i in range(len(A)):
            if A[i] & 1 == 0:
                res[even] = A[i]
                even += 2
            else:
                res[odd] = A[i]
                odd += 2
        return res

例题3: 389. 找不同https://leetcode-cn.com/problems/find-the-difference/

给定两个字符串 s 和 t,它们只包含小写字母。
字符串 t 由字符串 s 随机重排,然后在随机位置添加一个字母。
请找出在 t 中被添加的字母。

示例 1:

输入:s = "abcd", t = "abcde"
输出:"e"
解释:'e' 是那个被添加的字母。
示例 2:

输入:s = "", t = "y"
输出:"y"
示例 3:

输入:s = "a", t = "aa"
输出:"a"
示例 4:

输入:s = "ae", t = "aea"
输出:"a"

思路
位运算

时间复杂度: O(n)
空间复杂度: O(1)

代码实现

# 思路一:位运算
class Solution:
    def findTheDifference(self, s: str, t: str) -> str:
        ans = 0
        for i in s:
            ans ^= ord(i)
        for i in t:
             ans ^= ord(i)
        return chr(ans)

# 思路二:位运算求和
class Solution:
    def findTheDifference(self, s: str, t: str) -> str:
        add_s = 0
        add_t = 0
        # 计算 s 中各个字符的 ASCII 值和
        for ch in s:
            add_s += ord(ch)
        # 计算 t 中各个字符的 ASCII 值和
        for ch in t:
            add_t += ord(ch)
        # 计算差值,转换为 ASCII 字符
        return chr(add_t - add_s)

撰写记录
2020.12.28-06:55:01-第一次撰写
2021.01.10-06:58:10-第二次撰写
2021.02.15-00:12:00-第三次撰写

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