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leetcode 2801 ~ 2850
交换数字

交换数字

难度:

标签:

题目描述

Write a function to swap a number in place (that is, without temporary variables).

Example:

Input: numbers = [1,2]
Output: [2,1]

Note:

  • numbers.length == 2
  • -2147483647 <= numbers[i] <= 2147483647

代码结果

运行时间: 22 ms, 内存: 16.0 MB


/*
 * 思路:使用加减法交换两个变量的值,而不使用临时变量。
 * 具体步骤:
 * 1. a = a + b
 * 2. b = a - b
 * 3. a = a - b
 * 尽管Java Stream不是为这种操作设计的,但我们可以使用类似的方式来交换数组中的值。
 */
import java.util.stream.IntStream;

public class SwapNumbersStream {
    public static void swap(int[] numbers) {
        if (numbers.length != 2) {
            throw new IllegalArgumentException("Array must contain exactly two elements.");
        }
        numbers[0] = numbers[0] + numbers[1];
        numbers[1] = numbers[0] - numbers[1];
        numbers[0] = numbers[0] - numbers[1];
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2};
        swap(numbers);
        IntStream.of(numbers).forEach(n -> System.out.print(n + " ")); // 输出 2 1
    }
}

解释

方法:

本题解采用了位运算的方法来交换两个数字,而不使用额外的临时变量。首先,通过将第一个元素加上第二个元素,并将结果存回第一个元素中,我们暂时保存了两数之和。接着,从这个和中减去第二个元素的值,得到原来第一个元素的值,存回第二个元素。最后,再从和中减去更新后的第二个元素(即原先的第一个元素)的值,得到原来第二个元素的值,存回第一个元素。这样,两个数就被交换了。

时间复杂度:

O(1)

空间复杂度:

O(1)

代码细节讲解

🦆
为什么选择使用加减运算来交换两个数字,而不是其他位运算方式例如使用异或(XOR)运算?
选择使用加减运算而不是异或运算主要基于可读性和直观性的考虑。虽然异或运算在空间效率上略有优势(不涉及大数的风险),但加减运算对大多数人来说更加直接和易于理解。此外,对于初学者或不熟悉位运算的开发者,使用加减运算可以减少误解和错误。然而,实际应用中应根据具体情况(例如溢出风险和性能要求)选择最合适的方法。
🦆
在解答中提到使用加减法来交换数字,但是否考虑了整型溢出的风险,尤其是当`numbers[0]`和`numbers[1]`接近整型边界值时?
确实,使用加减法交换数字时需要考虑整型溢出的风险。当两个整数之和超过整型能表示的最大值时,会发生溢出,导致结果不正确。这是加减法方法的一个潜在缺陷,尤其是在处理大整数或未定义整数范围的环境中。在实际应用中,如果存在溢出的风险,应考虑使用异或运算或使用语言特定的安全函数来处理。
🦆
这种加减法交换数字的方法在某些编程环境下是否可能由于编译器优化而导致意外的行为?
是的,编译器优化可能会影响加减法交换数字的方法。特别是在优化级别较高的编译器中,可能会重新排序指令或对操作进行优化,这可能会影响到基于特定执行顺序的算法,如加减法交换。此外,如果编译器检测到特定的模式或认为某些操作是冗余的,它可能会尝试优化这些操作,从而导致意外行为。因此,在高优化环境下编程时,明确使用无副作用和不容易被优化掉的操作是很重要的。

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