540. 有序数组中的单一元素

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540. 有序数组中的单一元素

代码:

方法一:全数组的二分查找

思路和算法

假设只出现一次的元素位于下标 xxx,由于其余每个元素都出现两次,因此下标 xxx 的左边和右边都有偶数个元素,数组的长度是奇数。

由于数组是有序的,因此数组中相同的元素一定相邻。对于下标 xxx 左边的下标 yyy,如果 nums[y]=nums[y+1]\textit{nums}[y] = \textit{nums}[y + 1]nums[y]=nums[y+1],则 yyy 一定是偶数;对于下标 xxx 右边的下标 zzz,如果 nums[z]=nums[z+1]\textit{nums}[z] = \textit{nums}[z + 1]nums[z]=nums[z+1],则 zzz 一定是奇数。由于下标 xxx 是相同元素的开始下标的奇偶性的分界,因此可以使用二分查找的方法寻找下标 xxx。

初始时,二分查找的左边界是 000,右边界是数组的最大下标。每次取左右边界的平均值 mid\textit{mid}mid 作为待判断的下标,根据 mid\textit{mid}mid 的奇偶性决定和左边或右边的相邻元素比较:

如果 mid\textit{mid}mid 是偶数,则比较 nums[mid]\textit{nums}[\textit{mid}]nums[mid] 和 nums[mid+1]\textit{nums}[\textit{mid} + 1]nums[mid+1] 是否相等;

如果 mid\textit{mid}mid 是奇数,则比较 nums[mid−1]\textit{nums}[\textit{mid} - 1]nums[mid−1] 和 nums[mid]\textit{nums}[\textit{mid}]nums[mid] 是否相等。

如果上述比较相邻元素的结果是相等,则 mid<x\textit{mid} < xmid<x,调整左边界,否则 mid≥x\textit{mid} \ge xmid≥x,调整右边界。调整边界之后继续二分查找,直到确定下标 xxx 的值。

得到下标 xxx 的值之后,nums[x]\textit{nums}[x]nums[x] 即为只出现一次的元素。

细节

利用按位异或的性质,可以得到 mid\textit{mid}mid 和相邻的数之间的如下关系,其中 ⊕\oplus⊕ 是按位异或运算符:

当 mid\textit{mid}mid 是偶数时,mid+1=mid⊕1\textit{mid} + 1 = \textit{mid} \oplus 1mid+1=mid⊕1;

当 mid\textit{mid}mid 是奇数时,mid−1=mid⊕1\textit{mid} - 1 = \textit{mid} \oplus 1mid−1=mid⊕1。

因此在二分查找的过程中,不需要判断 mid\textit{mid}mid 的奇偶性,mid\textit{mid}mid 和 mid⊕1\textit{mid} \oplus 1mid⊕1 即为每次需要比较元素的两个下标。

作者:力扣官方题解

链接:https://leetcode.cn/problems/single-element-in-a-sorted-array/solutions/1252764/you-xu-shu-zu-zhong-de-dan-yi-yuan-su-by-y8gh/

来源:力扣(LeetCode)

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cpp 复制代码
class Solution {
public:
    int singleNonDuplicate(vector<int>& nums) {
        if (nums.size() <= 0) {
            return 0;
        }
        if (nums.size() == 1) {
            return nums[0];
        }
        int left = 0;
        int right = nums.size()-1;
        while (left + 1 < right) {
            int mid = left + (right-left) / 2;
            if (nums[mid] == nums[mid^1]) {
                left = mid;
            } else {
                right = mid;
            }
        }
        if (nums[left] == nums[left^1]) {
            return nums[right];
        }
        return nums[left];
    }
};
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