LeetCode演算法題-Number Complement（Java實現-五種解法）
這是悅樂書的第240 次更新，第253 篇原創
01 看題和準備
今天介紹的是LeetCode演算法題中Easy級別的第107題（順位題號是476）。給定正整數，輸出其補碼數。補充策略是翻轉其二進位制表示的位。例如：
輸入：5
輸出：2
說明：5的二進位制表示為101（無前導零位），其補碼為010，因此需要輸出2。
輸入：1
輸出：0
說明：1的二進位制表示形式為1（無前導零位），其補碼為0，因此需要輸出0。
注意：
-
保證給定的整數適合32位有符號整數的範圍。
-
您可以假設整數的二進位制表示中沒有前導零位。
本次解題使用的開發工具是eclipse，jdk使用的版本是1.8，環境是win7 64位系統，使用Java語言編寫和測試。
02 第一種解法
先將正整數轉為二進位制字串，然後變成字元陣列，將其中的0變成1，1變成0，再將字元陣列變為字串，最後將字串轉為二進位制數。
public int findComplement(int num) {
String str = Integer.toBinaryString(num);
char[] arr = str.toCharArray();
for (int i=0; i<arr.length; i++) {
if (arr[i] == '0') {
arr[i] = '1';
} else {
arr[i] = '0';
}
}
return Integer.parseInt(String.valueOf(arr), 2);
}
03 第二種解法
我們可以仔細觀察題目所給的示例：
5表示的二進位制數為101，最後的結果是2，所表示的二進位制數為10，如果我們將其前導0補齊，就會發現101通過計算後要得到010，那麼需要藉助怎樣的計算呢？
藉助位運算，101^111 = 010，我們使用二進位制數111和101做異或運算就可以得到最後的結果。
因此，我們需要獲取num表示的二進位制數長度，來組成一個由1組成新二進位制數（長度和num表示的二進位制數一致），再將兩數做異或運算即可。
異或運算的規則是兩邊的對應位不同時，取1，否則取0。
public int findComplement2(int num) {
String str = Integer.toBinaryString(num);
String str2 = "";
for (int i=0; i<str.length(); i++) {
str2 += "1";
}
int res = Integer.parseInt(str2, 2);
return num^res;
}
04 第三種解法
還是第二種解法的思路，只不過將字串操作換為了位運算操作，我們先將num右移，計算其二進位制數有多少位，記為i，然後再對1進行左移i位，移完後得到的二進位制數是1個1加上i個0，而不是i個1，所以我們需要減去1使其變成i個1，最後和num做異或運算並返回其結果。
public int findComplement3(int num) {
if (num == 0) {
return 1;
}
int i = 0;
while ((num>>i) != 0) {
i++;
}
int res = (1<<i)-1;
return num^res;
}
05 第四種解法
還是第二種解法的思路，與第三種解法的位運算不同，藉助包裝類和位運算來一起完成計算，Integer類的highestOneBit方法，取的是其二進位制數左側的最高位1，因為本題的輸入引數為正數，可以不用考慮負數、反碼、補碼的問題。獲得最高位所表示的整數後，再左移一位，然後再減1，最後還是和num進行異或運算，並返回結果。
public int findComplement4(int num) {
if (num == 0) {
return 1;
}
int res = (Integer.highestOneBit(num)<<1) - 1;
return num^res;
}
06 第五種解法
還有一種做法，也藉助位運算，使用與（&）運算，在進行與運算之前，我們先要把與運算兩邊的數準備好。左邊的數是對num進行非運算，右邊的數還是需要藉助Integer類的highestOneBit方法，獲取最高位1所表示的整數再減去1，然後兩個新的數進行與運算，並返回結果。以題目中的5為例：
左邊：對5進行非運算，得到-6
右邊：5的二進位制數最高位1表示為整數4，減去1為3
3
00000000000000000000000000000011
-6
10000000000000000000000000001010
當相同的位上均為1時結果為1，否則結果為0
00000000000000000000000000000010
也就是整數2。
public int findComplement5(int num) {
return ~num & (Integer.highestOneBit(num) - 1);
}
07小結
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