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AcWing801. 二进制中$1$的个数
一、题目描述
给定一个长度为 n 的数列,请你求出数列中每个数的二进制表示中 1 的个数。
输入格式 第一行包含整数 $n$。
第二行包含 n 个整数,表示整个数列。
输出格式
共一行,包含 n 个整数,其中的第 i 个数表示数列中的第 i 个数的二进制表示中 1 的个数。
数据范围
1≤n≤100000,0≤数列中元素的值≤10^9
输入样例:
5
1 2 3 4 5
输出样例:
1 1 2 1 2
二、前导知识
位运算中有两个重要性质:
一、x\&(-x)
保留二进制下最后出现的$1$的位置,其余位置置0
演示一下 x\&(-x) 的计算过程:
对于 x = 10 (二进制:00001010):
- 求
-x的过程:
x = 00001010
取反(~x) = 11110101
加1 = 11110110 (-x的最终值)
x&(-x) = 00001010
& 11110110
= 00000010 (结果)
x = 10 的二进制表示中,最右边的$1$在第$2$位(从右往左数,从$1$开始) $x&(-x) = 2$,正好是这个位置对应的值。
封装函数:
int lowbit(int x) {
return x & (-x);
}
二、x\&(x-1)
消除二进制下最后出现$1$的位置,其余保持不变
假设 $x = 52$,其二进制表示为:
x = 52 = 00110100
x-1 = 51 = 00110011
x & (x-1) = 00110000 = 48
工作原理:
当我们将一个数减$1$时,从最右边的$1$开始,这一位变成0,而它右边的所有$0$都变成1
当我们将原数和减$1$后的数做与运算时,最右边的$1$及其右边的所有位都会变成$0$,而左边的位保持不变
这就是为什么这个技巧常用于:
-
计算二进制中$1$的个数(每操作一次消除一个$1$)
-
判断一个数是否是$2$的幂(如果是$2$的幂,执行一次后就变成$0$)
while (x) {
x = x & (x - 1); // 每次操作消除最右边的1
cnt++; // 记录操作次数,就是1的个数
}
这个方法比直接遍历$32$位要高效,因为它的循环次数等于二进制中$1$的个数,而不是固定的$32$次。
三、练习x\&(x-1)
求下面函数的返回值 (微软)
int func(x) {
int countx = 0;
while(x){
countx ++;
x = x & (x-1);
}
return countx;
}
功能:将$x$转化为$2$进制,看含有的$1$的个数。
注: 每执行一次$x = x&(x-1)$,会将$x$用二进制表示时最右边的一个$1$变为$0$,因为$x-1$将会将该位($x$用二进制表示时最右边的一个1)变为$0$。
判断一个数$x$是否是$2$的$n$次方
#include <bits/stdc++.h>
int func(int x){
if((x & (x-1)) == 0)
return 1;
else
return 0;
}
int main(){
int x = 8;
printf("%d\n", func(x));
return 0;
}
思路 如果一个数是$2$的$n$次方,那么这个数用二进制表示时其最高位为$1$,其余位为$0$。
四、利用 x\&-x
#include <iostream>
using namespace std;
int lowbit(int x) {
return x & (-x);
}
int main() {
int n;
cin >> n;
while (n--) {
int x;
cin >> x;
int res = 0;
while (x) x -= lowbit(x), res++;
printf("%d ", res);
}
return 0;
}
五、利用 x \& (x-1)
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
int n;
cin >> n;
while (n--) {
int cnt = 0;
int x;
cin >> x;
while (x) {
x = x & (x - 1);
cnt++;
}
printf("%d ",cnt);
}
return 0;
}
六、遍历每一个二进制位
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
int n;
cin >> n;
while (n--) {
int cnt = 0;
int x;
cin >> x;
for (int i = 0; i < 32; i++)
if (x >> i & 1) cnt++;
cout << cnt << " ";
}
return 0;
}