LeetCode 1486. 数组异或操作

给你两个整数,n 和 start 。

数组 nums 定义为:nums[i] = start + 2*i(下标从 0 开始)且 n == nums.length 。

请返回 nums 中所有元素按位异或(XOR)后得到的结果。

解一:暴力法:

class Solution {
public:
    int xorOperation(int n, int start) {
        int res = 0;

        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            res ^= start + 2 * i;
        }

        return res;
    }
};

暴力法时间复杂度为O(n)。

解二:时间复杂度为O(1)的解法。

异或有一个性质,当偶数x与x+1异或时,结果为1,但输入队列为:

start、 start+2、 start+4、 ······ 、start+2*(n-1)

不适用于该性质,我们可以将队列中每一项地板除2:

start/2、 start/2+1、 start/2+2、 ······ 、start/2+n-1

此时与使用该性质更近一步了,这相当于把队列中每一个数字都右移了一位,最终结果的末尾位被丢弃了,我们一会再讨论最后一位。

(注:以下/表示地板除)
当start/2是偶数时,可以直接使用“偶数x与x+1异或时,结果为1”这一结论,此时,就需要知道有多少对相邻数字,这与n有关:
1.当n为偶数时,就有n/2个1异或,当n/2为奇数时,最后结果为1,否则为0,即结果为(n / 2) & 1
2.当n为奇数时,就有n/2个1和最后的start/2+n-1一起异或,最后的结果为((n / 2) & 1) ^ (start / 2 + n - 1)

而当start/2为奇数时,我们可以在要异或的队列的最前面补充一个start / 2 - 1,这样队列就是以偶数开头的了,但不能凭空增加一项,异或有一个规则为“两个相同的数异或结果为0”,而“0与任何数异或的结果都是这个数本身”,因此,我们可以在前面增加两项start / 2 - 1,增加后的队列为:

start/2-1、 start/2-1、 start/2、 start/2+1、 start/2+2、 ······ 、start/2+n-1

由于异或有交换律,因此我们可以先看以上队列中除第一项之后的部分:

start/2-1、 start/2、 start/2+1、 start/2+2 ······ start/2+n-1

这就回到了我们刚刚讨论的问题,此时:
1.当n为奇数时,有(n+1)/2个1相异或,再加上队列第一项,结果为:
((n + 1) / 2) & 1 ^ (start / 2 - 1)
2.当n为偶数时,有n/2个1相异或,再加上队列第一项和最后一项,结果为:
(n / 2 ) & 1 ^ (start / 2 - 1) ^ (start / 2 + n - 1)

然后就得到了没有尾位的异或结果,我们再来讨论尾位:
1.当输入的start为偶数时,由于每次都加2,因此尾位最后一定为0。
2.当输入的start为奇数时,如果n为偶数,尾位会是偶数个1相异或,结果为0。
3.只有当start和n都为奇数时,尾位才为1。

最后我们把没有尾位的异或结果左移一位,再加上尾位即可。

代码如下:

class Solution {
public:
    int xorOperation(int n, int start) {
        int res = 0;
        
        if ((start / 2) & 1) {    // 如果start/2为奇数
            if (n & 1) {    // 若n为奇数
                res = 1 & ((n + 1) / 2) ^ (start / 2 - 1);
            } else {    // 若n为偶数
                res = 1 & (n / 2) ^ (start / 2 - 1) ^ (start / 2 + n - 1);
            }
        } else {    // start/2为偶数
            if (n & 1) {    // 若n为奇数
                res = 1 & (n / 2) ^ (start / 2 + n - 1);
            } else {    // 若n为偶数
                res = 1 & (n / 2);
            }
        }

        res *= 2;
        if (n & start & 1) {    // 当n为奇数且start为奇数时,尾位为1
            ++res;
        }

        return res;
    }
};

注:C++中位与优先级大于位异或大于位或。

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