• C#位运算及3道要求高效的算法题


    在C#中可以对整型运算对象按位进行逻辑运算。按位进行逻辑运算的意义是:依次取被运算对象的每个位,进行逻辑运算,每个位的逻辑运算结果是结果值的每个位。


    C#支持的位逻辑运算符如下表所示。

    运算符号 意义 运算对象类型 运算结果类型 对象数 实例


    ~ 位逻辑非运算 整型,字符型 整型 1 ~a


    & 位逻辑与运算 2 a & b


    | 位逻辑或运算 2 a | b


    ^ 位逻辑异或运算 2 a ^ b


    << 位左移运算 2 a<<4


    >> 位右移运算 2 a>>2

    1、位逻辑非运算


    位逻辑非运算是单目的,只有一个运算对象。位逻辑非运算按位对运算对象的值进行非运算,即:如果某一位等于0,就将其转变为1;如果某一位等于1,就将其转变为0。
    比如,对二进制的10010001进行位逻辑非运算,结果等于01101110,用十进制表示就是:
    ~145等于110;对二进制的01010101进行位逻辑非运算,结果等于10101010。用十进制表示就是~85等于176。


    2、位逻辑与运算


    位逻辑与运算将两个运算对象按位进行与运算。与运算的规则:1与1等于1,1与0等于0。
    比如:10010001(二进制)&11110000等于10010000(二进制)。


    3、位逻辑或运算


    位逻辑或运算将两个运算对象按位进行或运算。或运算的规则是:1或1等1,1或0等于1,
    0或0等于0。比如10010001(二进制)| 11110000(二进制)等于11110001(二进制)。


    4、位逻辑异或运算


    位逻辑异或运算将两个运算对象按位进行异或运算。异或运算的规则是:1异或1等于0,
    1异或0等于1,0异或0等于0。即:相同得0,相异得1。
    比如:10010001(二进制)^11110000(二进制)等于01100001(二进制)。


    5、位左移运算


    位左移运算将整个数按位左移若干位,左移后空出的部分0。比如:8位的byte型变量
    byte a=0x65(即二进制的01100101),将其左移3位:a<<3的结果是0x27(即二进制的00101000)。


    6、位右移运算


    位右移运算将整个数按位右移若干位,右移后空出的部分填0。比如:8位的byte型变量
    Byte a=0x65(既(二进制的01100101))将其右移3位:a>>3的结果是0x0c(二进制00001100)。

    在进行位与、或、异或运算时,如果两个运算对象的类型一致,则运算结果的类型就是运算对象的类型。比如对两个int变量a和b做与运算,运算结果的类型还是int型。如果两个运算
    对象的类型不一致,则C#要对不一致的类型进行类型转换,变成一致的类型,然后进行运算。
    类型转换的规则同算术运算中整型量的转换则一致。
    由位运算符连接整型量而成的表达式就是位运算表达式。  

    以上部分转自:http://blog.csdn.net/phoebeofhust/archive/2008/04/06/2255358.aspx

    高级的编程语言往往能让我们直接访问变量的位,而计算机本身内部就是二进制的表示,所以对位操作,对计算机而言当然是极有效率。和2有关的题目很可能需要使用位运算来计算, 效率更高。 下边是从园友:高歌的博客文章摘录整理出的2道和bitewise logical operation有关系的算法题及解题思路。

    问题1:请写一个方法判断一个整数是奇数还是偶数。

    分析:

    如果答案就是下面这个方法


    public static bool IsEven(int number)
    {
        
    return ((number % 2== 0);
    }

    貌似我也就不用多费口舌了,这样的问题,地球人都能回答出来。

    既然我们已经提到位运算,当然要关注一下奇数和偶数究竟有何不同,奇数的最后一位总是1,比如奇数3,二进制形式为00000011(省略前面24个0),而偶数的最后一位总是0,比如偶数6,二进制形式为00000110。所以我们现在只要检测数字的最低位是否为0,就可以知道它是不是偶数了。

    那么,怎么判断最低位是0呢?通常的方案是将最低位和1相与,如果结果为0,则为偶数,否则为奇数

    比如奇数3和1位与,实际上是

      00000000 00000000 00000000 00000011

    &00000000 00000000 00000000 00000001

    ---------------------------------------------

      00000000 00000000 00000000 00000001

    再比如偶数6和1位与,实际上是

      00000000 00000000 00000000 00000110

    &00000000 00000000 00000000 00000001

    ---------------------------------------------

      00000000 00000000 00000000 00000000

    所以我们的最终答案可能如下


    /// <summary>
    /// 判断一个整数是否是偶数
    /// </summary>
    /// <param name="number">传入的整数</param>
    /// <returns>如果是偶数,返回true,否则为false</returns>

    public static bool IsEven(int number)
    {
        
    return ((number & 1== 0);
    }


    /// <summary>
    /// 判断一个整数是否是奇数
    /// </summary>
    /// <param name="number">传入的整数</param>
    /// <returns>如果是奇数,返回true,否则为false</returns>

    public static bool IsOdd(int number)
    {
        
    return !IsEven(number);
    }

    问题2:请写一个方法判断一个整数是否是2的n次方。 

    相信你能马上写出如下的算法


    public static bool IsPower(int number)
    {
        
    if (number <= 0)
        
    {
            
    return false;
        }


        
    while (true)
        
    {
            
    if (number == 1)
            
    {
                
    return true;
            }

            
    //如果是奇数
            if ((number & 1== 1)
            
    {
                
    return false;
            }

     
    //右移一位
            number >>= 1;
        }

    }


    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(IsPower(
    -8));
        Console.WriteLine(IsPower(
    0));
        Console.WriteLine(IsPower(
    1));
        Console.WriteLine(IsPower(
    2));
        Console.WriteLine(IsPower(
    5));
        Console.WriteLine(IsPower(
    9));
        Console.WriteLine(IsPower(
    12));
        Console.WriteLine(IsPower(
    16));
    }

    初学写成这样确实不错,我们用到了位运算,但事实上,貌似和没有用的时候算法效率差不多。(提一个额外的话题,在写程序时尽量使用复合赋值运算符号,比如 i++的效率比 i += 1要高, i += 1 又比 i = i + 1要高)

    但再仔细考虑一下,2的n次方会有什么特点?那就是其二进制表示只有1个1,那我们又怎么能知道其二进制表示只有1个1呢?

    想了两天,突然想到,如果是整数8,其二进制表示形式是00001000,减去1后为00000111,而这两者位与的结果刚好是0

    所以就有了下面的算法


    public static bool IsPower(int number)
    {
        
    if (number <= 0)
        
    {
            
    return false;
        }


        
    if ((number & (number - 1)) == 0)
        
    {
            
    return true;
        }


        
    return false;
    }

    这个算法的效率一次循环都没做当然要比上面的高(事实上下面的算法时间复杂度是O(1),而上面的算法时间复杂度是O(n))。

    问题3: 对字节变量,其二进制表示法中求有多少个1,如 00101010则返回值为 3,也是要求效率最高。

    代码
            private static int GetCountGroupByOne(int data)
            {
                
    int count = 0;

                
    if (data == 0)
                {                
                }
                
    else if (data > 0)
                {
                    
    while (data > 0)
                    {
                        data 
    &= (data - 1);
                        count
    ++;
                    }
                }
                
    else
                {
                    
    int minValue = -0x40000001;
                    
    while (data > minValue)
                    {
                        data 
    &= (data - 1);
                        count
    ++;
                    }

                    count
    ++;
                }

                
    return count;
            }

    注: 以上3个问题均摘自: http://www.cnblogs.com/amandag/, 其中第3个问题的解法由浪子无晴我本人提供.

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Langzi127/p/1773895.html
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