三种方法解开——力扣3370.仅含置位位的最小整数


【LeetCode题解】找出二进制全为1且大于等于n的最小整数 | Java详细题解

题目链接:力扣3370.仅含置位位的最小整数

难度:简单

标签:数学、位运算、枚举


一、题目描述

给你一个正整数 n,请返回一个整数 x,要求满足:

  • x >= n
  • x 的二进制表示仅包含 1(也称为"置位位")

换句话说,x 的二进制形态必须是:

复制代码
1, 11, 111, 1111, ...

对应的十进制形式为:

复制代码
1, 3, 7, 15, 31, 63, 127, ...

即形如 x = 2^k - 1 的数。


示例

示例 1:
复制代码
输入:n = 5
输出:7
解释:7 的二进制是 "111",满足条件。
示例 2:
复制代码
输入:n = 10
输出:15
解释:15 的二进制是 "1111",满足条件。
示例 3:
复制代码
输入:n = 3
输出:3
解释:3 的二进制是 "11",刚好满足条件。

二、思路分析

题目要求的结果必须是形如 2^k - 1 的数。

我们需要找到最小的 k,使得:

复制代码
2^k - 1 >= n

这其实是一个非常经典的二进制问题:

  • 当 k = 1 时,2^1 - 1 = 1
  • 当 k = 2 时,2^2 - 1 = 3
  • 当 k = 3 时,2^3 - 1 = 7
  • 当 k = 4 时,2^4 - 1 = 15
  • 以此类推......

我们只要从 k = 1 开始枚举,计算 (1 << k) - 1,直到它不小于 n 为止即可。

由于题目限制 n <= 1000,而 2^10 - 1 = 1023 > 1000,所以最多循环 10 次就能得到答案,非常高效。


三、代码实现(Java)

方法一:位运算枚举(推荐写法)

java 复制代码
class Solution {
    public int smallestNumber(int n) {
        int k = 1;
        while (true) {
            int val = (1 << k) - 1; // 计算 2^k - 1
            if (val >= n) return val;
            k++;
        }
    }

}
代码解析:
  • 使用左移 (1 << k) 表示 2^k。
  • 减一 (1 << k) - 1 得到 k 个连续的 1。
  • 不断递增 k,直到结果不小于 n 即可返回。

该算法逻辑简单、运行快速、完全不会超时。


方法二:数学公式法(log2 推导)

由公式:

复制代码
2^k - 1 >= n

可得:

复制代码
k >= log2(n + 1)

因此:

复制代码
k = ceil(log2(n + 1))

然后结果为:

复制代码
ans = 2^k - 1

Java 实现如下:

java 复制代码
class Solution {
    public int smallestNumber(int n) {
        int k = (int) Math.ceil(Math.log(n + 1) / Math.log(2));
        return (1 << k) - 1;
    }
}
⚠ 注意:
  • 由于浮点数计算存在微小误差,理论上可能在某些临界值出现偏差(如 7.999999999 被取整为 7)。
  • 为安全起见,建议使用枚举写法作为主方法。

方法三:使用 long 防溢出(通用写法)

若题目允许 n 很大(例如超出 32 位范围),可以使用 long 以避免位运算溢出:

java 复制代码
class Solution {
    public long smallestNumber(long n) {
        long k = 1;
        while (true) {
            long val = (1L << k) - 1;
            if (val >= n) return val;
            k++;
        }
    }
}

四、复杂度分析

项目 复杂度 说明
时间复杂度 O(1) 对于 n <= 1000,循环次数极少(最多 10 次)
空间复杂度 O(1) 只使用了常数个变量

五、扩展思考

  • 这类题在位运算中非常常见,本质是利用 2^k - 1 产生连续的 1。

  • 实际上 (1 << k) - 1 的模式可以生成很多有规律的掩码(mask),常用于位图算法、掩码匹配、权限控制等。

  • 举个例子:

    • ((1 << 4) - 1) 产生 0b1111
    • ((1 << 8) - 1) 产生 0xFF
    • 这些形式在底层编程中极为常见。

六、总结

方法 思想 稳定性 推荐指数
位运算枚举 逐步生成 2^k - 1 ✅ 稳定可靠 ⭐⭐⭐⭐⭐
数学公式法 使用对数求解 ⚠ 需防误差 ⭐⭐⭐
long版本 支持大范围 n ✅ 通用稳健 ⭐⭐⭐⭐

最终结论:

要找最小的"二进制全1且大于等于n"的数,只需找到最小的 k 满足:

复制代码
2^k - 1 >= n

最终答案为:

复制代码
(1 << k) - 1

相关推荐
第九序言T2 小时前
Python 数据处理进阶(十八)批量处理同结构文件:一个文件夹一次跑完
开发语言·python·自动化·pandas·数据处理
Java后端的Ai之路2 小时前
CAS并发控制-从CPU指令到企业级乐观锁
vue.js·人工智能·python·cas·乐观锁
qq_426003962 小时前
UI自动化高频次登录login限流解决方案
python·ui·自动化
Sakura_j_h_2 小时前
EasyEDA PCB 快速设计Skills
c++·python·github
ZhengEnCi3 小时前
Agent 架构怎么选:从单 Agent 到多 Agent 编排的选型决策指南
算法·架构
quantdash_cc3 小时前
如何验证历史行情的交易日期是否完整覆盖研究区间?
python·数据分析·pandas·量化交易·股票数据·quantdash
I Am a robert girl4 小时前
当智能体学会“串通”:从长程交互中读懂涌现式合谋
python·多智能体系统·多智能体协作·llm agent·涌现式合谋·对齐问题·激励机制设计
秋天的怀念_David4 小时前
第二十二夜 · 数字迷雾
java·程序人生·算法
Pniubi4 小时前
力扣283移动零(双指针法)
算法·leetcode·职场和发展
hhb_6184 小时前
大模型落地三重优化实战
人工智能·算法·机器学习