1,问题描述

给定一个整数N,该整数的二进制权值定义如下:将该整数N转化成二进制表示法,其中 1 的个数即为它的二进制权值。

比如:十进制数1717 的二进制表示为:0000 0110 1011 0101 故它的二进制权值为7(二进制表示中有7个1)

现在要求一个比N大,且最靠近N的数,且这个数的二进制权值与N相同。(这里不考虑Integer.MAX_VALUE 和负数情形。)

对于有符号的32位整数而言:它们的补码如下:

Integer.MAX_VALUE= 0111 1111 1111 1111 1111  1111  1111 1111 (2^32-1)

Integer.MIN_VALUE=  1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 (-2^32)

0 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

-1= 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

(负数的补码是在原码的基础上,符号位不变,其余位取反,末位加1)参考:原码, 反码, 补码 详解

2,问题分析

思路①

先求出N的二进制权值,然后从N+1开始递增,依次判断这个数的二进制权值是否与N相同,直到找到一个相同的二进制权值的数。

而求解二进制权值的算法可以用移位操作来实现。可参考:JAVA中常用的二进制位操作

//求解正数的二进制表示法中的 1 的位数
private static int countBit(int num){
int count = 0;
for(; num > 0; count++)
{
num &= (num - 1);
}
return count;
}

思路①这种方式,当N很大时,效率会很慢。

那有没有更好的思路呢?

其实我们的目的是找到一个数,只要这个数的二进制权值与N相同,且该数大于N且最接近N即可。

那么,可以先将N用二进制表示出来。然后,从低位开始寻找N的二进制中出现 1 之后,第一次出现0的位,假设是第 i 位,那么将第 i 位置为1,得到一个新的数M,此时 M 的二进制中 1 的个数比N多一个。再把M的二进制中的 第 i-1 位的 1 设置为0 ,就得到了大于N且最接近N的二进制权值一样的数。

示例如下:

N= 0010 1001 011 1111

将第5位置为0,得到了M(最右边的位为第0位)

M= 0010 1001 011 1111

由于是从低位开始寻找第一次出现0的位。故第5位的右边全是1,再将M的 第 i-1 位(第四位)设置为0,得到了H

H= 0010 1001 0110 1111

H所对应的十进制数,就是题目中要寻找的数。

再比如:

N= 0010 1001 011 1100

M= 0010 1001 011 1100

H= 0010 1001 011 1100

再比如:

N= 0000 1000

M= 0001 1000

H= 0001 0000

3,代码实现:

思路①实现:

import java.util.Scanner;

public class Main{
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
while(sc.hasNextLong())
{
int num = sc.nextInt();
long start = System.currentTimeMillis();
int weight = countBit(num);
int k = num + 1;
while(countBit(k) != weight)
{
k++;
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("res:" + k + " time: " + (end - start));
}
sc.close();
} private static int countBit(int num){
int count = 0;
for(; num > 0; count++)
{
num &= (num - 1);
}
return count;
}
}

②思路②实现:

import java.util.Scanner;

public class Larger_Near_Than_N {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
while(sc.hasNextInt())
{
int number = sc.nextInt(); long start = System.currentTimeMillis();
int result = findNearThanN(number);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("res:" + result + " time: " + (end - start));
}
sc.close();
} private static int findNearThanN(int number){
int result = -1;
int first_indexOf_1 = getFirst_1(number);
if(first_indexOf_1 != -1)//找到了一个 二进制位 1
{
//如果找到了一个二进制位1, indexOf_0不可能为0
int indexOf_0 = getFirst_0(number, first_indexOf_1); int tmp = setBit_1(number, indexOf_0);
result = setBit_0(tmp, indexOf_0 - 1);
}
return result;
} //第 i位为1 返回true,为0 返回false
private static boolean getBit(int number, int i){
return ((number & (1 << i)) != 0);
} //从右到左(低位开始)查找number的二进制位 1 的位置
private static int getFirst_1(int number){
int index = -1;
for(int i = 0; i <= 31; i++)
if(getBit(number, i))
{
index = i;
break;
}
return index;//返回二进制位 1 在 number 中的位置
} //从 start+1 位置开始,查找 number的二进制中,第一个出现的0的位置
private static int getFirst_0(int number, int start){
int index = -1;
for(int i = start + 1; i <= 31; i++)
{
if(!getBit(number, i))
{
index = i;
break;
}
}
return index;
} //将 number 的二进制表示法中的第 i 位设置为 1
private static int setBit_1(int number, int i){
return (number | (1 << i));
} //将 number 的二进制表示法中的第 i 位设置为 0
private static int setBit_0(int number, int i){
int mask = ~(1 << i);
return (number & mask);
}
}

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