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    阳阳的博客:【leetcode.191】位1的个数

    作者:[db:作者] 时间:2021-08-04 08:54

    本文转载自https://leetcode-cn.com/problems/number-of-1-bits/solution/wei-1de-ge-shu-by-leetcode/


    一、题目描述

    编写一个函数,输入是一个无符号整数,返回其二进制表达式中数字位数为 ‘1’?的个数(也被称为汉明重量)。

    示例 1:

    输入:00000000000000000000000000001011
    输出:3
    解释:输入的二进制串 00000000000000000000000000001011?中,共有三位为 '1'。
    示例 2:

    输入:00000000000000000000000010000000
    输出:1
    解释:输入的二进制串 00000000000000000000000010000000?中,共有一位为 '1'。
    示例 3:

    输入:11111111111111111111111111111101
    输出:31
    解释:输入的二进制串 11111111111111111111111111111101 中,共有 31 位为 '1'。
    ?

    提示:

    请注意,在某些语言(如 Java)中,没有无符号整数类型。在这种情况下,输入和输出都将被指定为有符号整数类型,并且不应影响您的实现,因为无论整数是有符号的还是无符号的,其内部的二进制表示形式都是相同的。
    在 Java 中,编译器使用二进制补码记法来表示有符号整数。因此,在上面的?示例 3?中,输入表示有符号整数 -3。


    二、思路

    方法 1:循环和位移动
    算法

    这个方法比较直接。我们遍历数字的 32 位。如果某一位是1,则将计数器加一。

    我们使用位掩码来检查数字的每一位。一开始,掩码 m=1,因为1的二进制表示是

    0000?0000?0000?0000?0000?0000?0000?0001

    显然,任何数字跟掩码1进行逻辑与运算,都可以让我们获得这个数字的最低位。检查下一位时,我们将掩码左移一位。

    0000?0000?0000?0000?0000?0000?0000?0010

    并重复此过程。

    代码:

    public int hammingWeight(int n) {
        int bits = 0;
        int mask = 1;
        for (int i = 0; i < 32; i++) {
            if ((n & mask) != 0) {
                bits++;
            }
            mask <<= 1;
        }
        return bits;
    }

    复杂度分析

    时间复杂度:O(1)。运行时间依赖于数字n的位数。由于这题中n 是一个 32 位数,所以运行时间是 O(1) 的。

    空间复杂度:O(1)。没有使用额外空间。


    方法 2:位操作的小技巧

    我们可以把前面的算法进行优化。我们不再检查数字的每一个位,而是不断把数字最后一个1反转,并把答案加一。当数字变成0的时候偶,我们就知道它没有1的位了,此时返回答案。

    这里关键的想法是对于任意数字n,将n和n-1做与运算,会把最后一个1的位变成0。为什么?考虑n和n-1的二进制表示。

    在二进制表示中,数字n中最低位的1总是对应n-1中的0。因此,将n和n-1与运算总是能把n中最低位的1变成0,并保持其他位不变。

    使用这个小技巧,代码变得非常简单。

    代码:

    public int hammingWeight(int n) {
        int sum = 0;
        while (n != 0) {
            sum++;
            n &= (n - 1);
        }
        return sum;
    }

    复杂度分析

    时间复杂度:O(1)。运行时间与n中位为1的有关。在最坏情况下,n中所有位都是1。对于 32 位整数,运行时间是 O(1)的。

    空间复杂度:O(1)。没有使用额外空间。


    三、后语

    位运算确实有意思,对位运算有兴趣的同学可以参考我的这篇文章拾遗位运算

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