我在上次面试中遇到的一个问题是:

设计函数f,使得:f(f(n))==-n其中n是32位有符号整数;你不能用复数算术。如果你不能为整个数字范围设计这样的函数,那么就尽可能为最大范围设计它。

有什么想法吗?


当前回答

我承认我会作弊,但还是符合要求。这是编程魔术,而不是数学。它适用于整个范围,-2^31除外。

int f(int n)
{
    static bool eFlag = false; // Only executed once
    eFlag = !eFlag;
    return eFlag?-n:n;
}

其他回答

没有人说它必须是无国籍的。

int32 f(int32 x) {
    static bool idempotent = false;
    if (!idempotent) {
        idempotent = true;
        return -x;
    } else {
        return x;
    }
}

作弊,但不如很多例子。更糟糕的是,查看堆栈以查看调用者的地址是否为-f,但这将更具可移植性(虽然不是线程安全的……线程安全版本将使用TLS)。更邪恶的是:

int32 f (int32 x) {
    static int32 answer = -x;
    return answer;
}

当然,对于MIN_INT32的情况,这两种方法都不太有效,但除非允许返回更宽的类型,否则对此您几乎无能为力。

下面是一个简短的Python答案:

def f(n):
  m = -n if n % 2 == 0 else n
  return m + sign(n)

一般情况

稍微调整一下上面的内容就可以处理我们希望k个自调用否定输入的情况——例如,如果k=3,这意味着g(g(g)n))=-n:

def g(n):
  if n % k: return n + sign(n)
  return -n + (k - 1) * sign(n)

这是通过将0保留在适当位置并创建长度为2*k的循环来实现的,因此,在任何循环中,n和-n之间的距离为k。具体来说,每个周期如下:

N * k + 1, N * k + 2, ... , N * k + (k - 1), - N * k - 1, ... , - N * k - (k - 1)

或者,为了更容易理解,这里是k=3的示例循环:

1, 2, 3, -1, -2, -3
4, 5, 6, -4, -5, -6

这组循环最大化了在任何以零为中心的机器类型(如有符号int32或有符号int64类型)内工作的输入范围。

兼容范围分析

映射x->f(x)实际上必须形成长度为2*k的循环,其中x=0是特殊情况下的1-长度循环,因为-0=0。因此,一般k的问题是可解的,当且仅当输入-1(补偿0)的范围是2*k的倍数,并且正负范围是相反的。

对于有符号整数表示,我们总是有一个最小的负数,在该范围内没有正的对应项,因此该问题在整个范围内变得不可解决。例如,有符号字符的范围为[-128127],因此在给定范围内f(f(-128))=128是不可能的。

number f( number n)
{
  static count(0);
  if(count > 0) return -n;
  return n;
}

f(n) = n

f(f(n)) = f(n) = -n

斯卡拉:

def f(x: Any): Any = x match {
  case i: Int => new { override def hashCode = -i }
  case i @ _  => i.hashCode
}

在Java中也是如此:

public static Object f(final Object x) {
  if(x instanceof Integer) {
    return new Object() {
      @Override 
      public int hashCode() {
        return -(Integer)x;
      }
    };
  }
  return x.hashCode();
}

我试着打高尔夫,这是罗德里克·查普曼的回答。

无分支:74个字符

int f(int i){return(-((i&1)<<1)|1)*i-(-((i>>>31)<<1)|1)*(((i|-i)>>31)&1);}

带有分支,Java风格:58个字符

int f(int i){return i==0?0:(((i&1)==0?i:-i)+(i>0?-1:1));}

带分支,C样式:52个字符

int f(int i){return i?(((i&1)?-i:i)+(i>0?-1:1)):0;}

经过快速但有效的基准测试后,分支版本在我的机器上的速度提高了33%。(正数和负数的随机数据集,足够的重复,并防止编译器在预热时优化代码。)考虑到非分支版本中的操作数量以及可能的良好分支预测,这并不奇怪,因为函数被调用了两次:f(f(i))。当我将基准更改为度量:f(I)时,分支版本只快28%。我认为这证明了分支预测在第一种情况下确实有一些好处。更多证明:当使用f(f(f)(f(i)))进行测试时,分支版本的速度会快42%。