LeetCode 137. Single Number II 只出现一次的数字（Java）

题目：

Given a non-empty array of integers, every element appears three times except for one, which appears exactly once. Find that single one.

Note:
Your algorithm should have a linear runtime complexity. Could you implement it without using extra memory?

Example 1:
Input: [2,2,3,2]
Output: 3

Example 2:
Input: [0,1,0,1,0,1,99]
Output: 99

解答：

解法一：HashMap

题目中要求不采用额外的空间，但一开始没有想到正确的方法，所以先采用 HashMap 进行了实现。

class Solution {
    public int singleNumber(int[] nums) {
        HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
        for(int i=0; i<nums.length; i++) {
            if(!map.containsKey(nums[i])) {
                map.put(nums[i], 1);
            } else {
                map.put(nums[i], map.get(nums[i])+1);
            }
        }
        Set<Integer> set = map.keySet();
        for(Integer key: set) {
            if(map.get(key) != 1) {
                continue;
            } else {
                return key;
            }
        }
        return -1;
    }
}

其中，学习了遍历 HashMap 的常用的几种方法：

1. 遍历HashMap键的Set集合获取值：通过HashMap.keySet()获得键的Set集合，遍历键的Set集合获取值

Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
for (Integer key : map.keySet()) {
	Integer value = map.get(key);
	System.out.println("Key = " + key + ", Value = " + value);
}

2. 通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value

Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
	while (it.hasNext()) {
		Map.Entry<String, String> entry = it.next();
		System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}

3. 通过Map.entrySet遍历key和value

for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
	System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}

4. 通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key

for (String v : map.values()) {
	System.out.println("value= " + v);
}

解法二：位运算

解题思路为：如果每个元素重复出现三次，则每一位出现1的次数也会是3的倍数。若统计完整个数组后，对每一位进行取余3，那么结果中就只剩下那个出现一次的元素。

这样只需要对数组进行一次线性扫描，统计完之后每一位进行取余3并且将位数字赋给结果整数，因为整数的位数是固定32位，所以这是一个常量操作，时间复杂度为O(n)。空间复杂度需要一个32位的数组，也是固定的，空间复杂度为O(1)。

class Solution {
    public int singleNumber(int[] nums) {
        int[] digit = new int[32];
        for(int i=0; i<32; i++) {
            for(int j=0; j<nums.length; j++) {
                digit[i] += (nums[j]>>i)&1; //获取第j个数字二进制中的第i位
            }
        }
        int res = 0;
        for(int i=0; i<32; i++) {
            res += (digit[i] % 3)<<i;   //重复出现3次的取余后对应位都为0，只剩下单个的数字的二进制，并将其通过左移转换为结果的int类型
        }
        return res;
    }
}