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

根据微软/谷歌的面试官通常在面试中提出的问题,我认为提问者指的是一种创新、轻量级、简单的解决方案,它将使用按位操作,而不是那些复杂的高级答案。

灵感来自@eipipuz的回答,我编写了这个C++函数(但没有运行它):

int32_t f(int32_t n){
    int32_t temp = n & 00111111111111111111111111111111;
    x = n >> 30;
    x++;
    x = x << 30;
    return x | temp;
}

它将n的最左边的两位存储在x中,将x加1,然后再次将其替换为n的最左侧的两位。

如果我们继续以另一个f(n)作为参数n运行f(n,则最左边的两个位将如下旋转:

00 --> 01 --> 10 --> 11 --> 00 ...

请注意,最右边的30位不变。8位整数示例:

示例1:

>f(00001111)=01001111>f(01001111)=10001111[这是原始值的负值,00001111]

示例2:

>f(11101010)=00101010>f(00101010)=01101010[这是原始值11101010的负值]

其他回答

该问题表示“32位有符号整数”,但没有指定它们是2个补码还是1个补码。

如果使用1补码,则所有2^32值都出现在长度为4的循环中-不需要零的特殊情况,也不需要条件。

在C中:

int32_t f(int32_t x)
{
  return (((x & 0xFFFFU) << 16) | ((x & 0xFFFF0000U) >> 16)) ^ 0xFFFFU;
}

这项工作由

交换高位和低位16位块反转其中一个块

两次传递后,我们得到原始值的位逆。在一中补语表示等同于否定。

示例:

Pass |        x
-----+-------------------
   0 | 00000001      (+1)
   1 | 0001FFFF (+131071)
   2 | FFFFFFFE      (-1)
   3 | FFFE0000 (-131071)
   4 | 00000001      (+1)

Pass |        x
-----+-------------------
   0 | 00000000      (+0)
   1 | 0000FFFF  (+65535)
   2 | FFFFFFFF      (-0)
   3 | FFFF0000  (-65535)
   4 | 00000000      (+0)

适用于n=[0..2^31-1]

int f(int n) {
  if (n & (1 << 31)) // highest bit set?
    return -(n & ~(1 << 31)); // return negative of original n
  else
    return n | (1 << 31); // return n with highest bit set
}

本质上,函数必须将可用范围划分为大小为4的循环,其中-n位于n循环的另一端。但是,0必须是大小为1的循环的一部分,否则0->x->0->x!=-x.因为0是单独的,所以在我们的范围内必须有3个其他值(其大小是4的倍数)不在具有4个元素的正确循环中。

我选择这些额外的奇怪值为MIN_INT、MAX_INT和MIN_INT+1。此外,MIN_INT+1将正确映射到MAX_INT,但会被卡在那里而不能映射回来。我认为这是最好的妥协,因为它有一个很好的特性,即只有极端值不能正常工作。此外,这意味着它将适用于所有BigInt。

int f(int n):
    if n == 0 or n == MIN_INT or n == MAX_INT: return n
    return ((Math.abs(n) mod 2) * 2 - 1) * n + Math.sign(n)

这里有一个证明,如果不使用额外信息(除了32位的int),那么对于所有数字,这样的函数都不可能存在:

我们必须使f(0)=0。(证明:假设f(0)=x,则f(x)=f(f(0))=-0=0。现在,-x=f(f(x))=f(0)=x,这意味着x=0。)

此外,对于任何x和y,假设f(x)=y。那么我们希望f(y)=-x。并且f(f(y))=-y=>f(-x)=-y。总结一下:如果f(x)=y,那么f(-x)=-y,f(y)=-x,f(-y)=x。

因此,我们需要将除0之外的所有整数分成4个集合,但我们有奇数个这样的整数;不仅如此,如果我们去掉没有正对应的整数,我们仍然有2(mod4)个数。

如果我们去掉剩下的2个最大数(通过abs值),我们可以得到函数:

int sign(int n)
{
    if(n>0)
        return 1;
    else 
        return -1;
}

int f(int n)
{
    if(n==0) return 0;
    switch(abs(n)%2)
    {
        case 1:
             return sign(n)*(abs(n)+1);
        case 0:
             return -sign(n)*(abs(n)-1);
    }
}   

当然,另一种选择是不遵守0,并获得我们删除的2个数字作为奖励。(但这只是一个愚蠢的假设。)

这个是Python中的。适用于n的所有负值:

f = abs