1.3前n个数字二进制形式中1的个数

题目:

给定一个非负整数 n ,请计算 0 到 n 之间的每个数字的二进制表示中 1 的个数,并输出一个数组。

解答:

   解法一(直接转化):

   使用java中自带的Integer.toBinaryString方法,将int型的整数转化为二进制形式的字符串,之后通过将字符串中的“1”替换为空字符串“”,字符串替换前后的长度差就是该整数中包含1的个数。

class Solution {
    public int[] countBits(int n) {
        int[] result = new int[n + 1];
        for (int i = 0;i <= n; i ++) {
            String binary = Integer.toBinaryString(i);
            result[i] = (binary.length() - binary.replace("1", "").length());
        }
        return result;
    }
}

   解法二(简单使用Brian Kernighan算法):

   Brian Kernighan 算法的原理是:对于任意整数 i,令i\&(i-1),该运算将 i 的二进制表示的最后一个 1 变成 0 。借助Brian Kernighan算法,可以对于二进制中 1 的数量进行快速计算。

class Solution {
    public int[] countBits(int n) {
        int[] result = new int[n + 1];
        for (int i = 0;i <= n; i ++) {
            int j = i;
            while (j != 0) {
                j &= j - 1;
                result[i] ++;
            }
        }
        return result;
    }
}

   解法三(深入使用Brian Kernighan算法):

   i\&(i-1)i的二进制形式最右边的 1 变成 0 ,也就是说,整数i的二进制形式中1的个数比i\&(i-1)的二进制形式中 1 的个数多 1 。于是根据此规律可以有解法三。

  • 解法二对于Brian Kernighan 算法的应用比较简单,如果一个整数有k位,那么他的二进制形式中可能有O(k)个 1 。而解法二中while循环对每个整数将执行O(k)次,因此上述代码的时间复杂度为O(nk)
  • 解法三不管整数i的二进制形式中有多少个1,其只根据O(1)的时间就能得出整数i的二进制形式中 1 的数目,因此时间复杂度是 O(n)
class Solution {
    public int[] countBits(int n) {
        int[] result = new int[n + 1];
        for (int i = 1;i <= n; i ++) {
            result[i] = result[i & (i - 1)] + 1;
        }
        return result;
    }
}

  解法四(奇偶性判断):

   如果正整数i是偶数,那么i相当于将i/2左移一位的结果,因此偶数ii/2在二进制中 1 的个数是相同的。如果i是奇数,那么i相当于将i/2左移一位之后再将右边设为 1 的结果,因此奇数i中 1 的个数比i/2中多 1。

class Solution {
    public int[] countBits(int n) {
        int[] result = new int[n + 1];
        for (int i = 1;i <= n; i ++) {
            result[i] = result[i >> 1] + (i & 1);
        }
        return result;
    }
}
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