要快速计算一个二进制数中1的个数,可以使用位运算技巧,其中最高效的方法是使用 n & (n - 1)。以下是具体说明:
一、核心方法:n & (n - 1)
原理
该操作通过将二进制数 `n` 减1后与原数进行按位与运算,可以快速清除最右边的一个1。例如:
- `n = 10001100`(二进制)
- `n - 1 = 10001011`(二进制)
- `n & (n - 1) = 10001000`(二进制)
可以看到,最右边的1被清零,其他位保持不变。
步骤
- 初始化计数器 `count` 为0;
- 当 `n` 不为0时,执行 `n = n & (n - 1)`,并将 `count` 加1;
- 当 `n` 为0时,返回 `count`。
示例代码(Java):
```java
public static int countNum(int n) {
int count = 0;
while (n != 0) {
n = n & (n - 1);
count++;
}
return count;
}
```
二、其他方法对比
逐位检查法
通过循环检查每一位是否为1,时间复杂度为O(k),其中k是1的个数。例如:
```java
public static int countNum(int n) {
int count = 0;
while (n != 0) {
count += n & 1;
n >>= 1;
}
return count;
}
```
但此方法效率较低,尤其是当1的个数较多时。
转换为十进制计数
将二进制转换为十进制后统计1的个数,但涉及类型转换和循环,效率较低。
三、注意事项
该方法仅适用于非负整数。若需处理负数,需先将其转换为无符号数(如Java中的 `n & 0xFFFFFFFF`)。
由于每次操作都会清除一个1,因此时间复杂度为O(k),比逐位检查法更高效。
通过使用 `n & (n - 1)`,可以在常数时间内清除最右边的1,并统计1的个数,是处理二进制中1的个数的最优解之一。