1.找出数组中重复的数字 ----《剑指Offer》题解(Java)

题目

给定一个长度为 n 的整数数组 nums，数组中所有的数字都在 0∼n−1 的范围内。

数组中某些数字是重复的，但不知道有几个数字重复了，也不知道每个数字重复了几次。

请找出数组中任意一个重复的数字。

注意：如果某些数字不在 0∼n−1 的范围内，或数组中不包含重复数字，则返回 -1；

样例
给定 nums = [2, 3, 5, 4, 3, 2, 6, 7]。

返回 2 或 3。

算法思路

找重复数字可以直接用HashMap来解决，但需要额外的空间。
本题可以只用O(1)的空间复杂度来实现，具体思路是：
由于数字范围是[0, n-1],数组长度是n，因此可把数组当做是数字的槽位，依次将数字放到对应数组下标的位置去。
遍历数组，将当前元素nums[i]放到它对应的数组下标的位置去，即swap(nums[i] , nums[nums[i]])，注意交换到位置i的数字也要继续放到它相应的槽去，依次循环直到当前位置i放入了正确的数字，即nums[i] == i。
假如在将当前位置的元素放到正确位置的时候，发现该位置已经是正确的数字了，说明有重复，直接返回该数字即可。
需要注意，题目中“如果某些数字不在 0∼n−1 的范围内，则返回 -1”，这是个坑，需要提前判断，如果在遍历数组中判断则可能先找到重复元素，就退出，超出范围的数还没被判断到。
算法的时间复杂度是O(n)

代码实现

class Solution {
    public int duplicateInArray(int[] nums) {
        if (nums == null || nums.length == 0) return -1;
        int n = nums.length;
        //提前遍历判断"如果某些数字不在 0∼n−1 的范围内,则返回 -1"
        for (int i=0; i<n; i++) { 
            if (!(nums[i] >= 0 && nums[i] < n)) return -1;
        }
        
        for (int i=0; i<n; i++) {
            //循环将当前位置的元素放到对应的槽去
            while (nums[i] != nums[nums[i]]) swap(nums, i, nums[i]); 
            
            //当前元素应该放到对应位置，但该位置的数字跟当前的一样，即重复了
            if (nums[i] != i && nums[i] == nums[nums[i]]) return nums[i]; 
        }
        
        return -1;
    }
    
    //交换数组两个元素
    private void swap(int[] nums, int i, int j) {
        nums[i] = nums[i] ^ nums[j];
        nums[j] = nums[i] ^ nums[j];
        nums[i] = nums[i] ^ nums[j];
    }
}