news 2026/6/15 13:52:26

力扣 只出现一次的数字

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张小明

前端开发工程师

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力扣 只出现一次的数字

题目:

给你一个非空整数数组nums,除了某个元素只出现一次以外,其余每个元素均出现两次。找出那个只出现了一次的元素。

你必须设计并实现线性时间复杂度的算法来解决此问题,且该算法只使用常量额外空间。

题解:

我觉着这是很有意思的一道题

该问题看似简单,但在时间和空间复杂度限制下,非常考察对位运算的理解。

一、最直观的思路(为什么不选)

1,使用哈希表统计次数

最容易想到的方式是:

  • 使用哈希表记录每个数字出现的次数

  • 再遍历哈希表,找出次数为 1 的元素

问题:

  • 需要额外的存储空间

  • 空间复杂度为O(n)

而本题的隐含要求是:
使用常量额外空间


2, 排序后相邻比较

另一种思路是:

  • 对数组排序

  • 成对比较相邻元素

问题:

  • 排序时间复杂度至少为O(n log n)

  • 不满足最优解要求

二、最优解的核心思想:异或运算

1,什么是异或(XOR)

异或运算有几个非常重要的性质:

  1. 相同的数异或为 0

    a ^ a = 0

  2. 任何数与 0 异或仍是它本身

    a ^ 0 = a

  3. 异或满足交换律和结合律

    a ^ b ^ a = b


2,这些性质意味着什么?

在数组中:

  • 每个出现两次的数字

    x ^ x = 0

  • 所有成对的数字最终都会“抵消”为 0

  • 剩下的唯一一个数:

    0 ^ single = single

只出现一次的数字一定会被保留下来

三、算法思路(核心逻辑)

  1. 初始化一个变量res = 0

  2. 遍历数组中每一个元素

  3. 将当前元素与res进行异或运算

  4. 遍历结束后,res就是只出现一次的数字

整个过程:

  • 不需要额外的数据结构

  • 只做一次遍历

  • 完全利用位运算完成

四、总结

  • 本题的关键不在于遍历,而在于如何“消掉”重复元素

  • 异或运算天然适合处理:

    • 成对出现

    • 只剩一个不同值

  • 这是位运算在算法题中的经典应用

一句话总结:

利用异或“相同为零、不同保留”的特性,让所有成对数字互相抵消,最终剩下的就是答案。

class Solution { public: int singleNumber(vector<int>& nums) { int ans = 0; for (int x : nums) { ans ^= x; } return ans; } };
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