要解决缺少2(和3)个数字的问题，您可以修改quickselect，它平均在O(n)内运行，如果分区是就地完成的，则使用恒定内存。

Partition the set with respect to a random pivot p into partitions l, which contain numbers smaller than the pivot, and r, which contain numbers greater than the pivot. Determine which partitions the 2 missing numbers are in by comparing the pivot value to the size of each partition (p - 1 - count(l) = count of missing numbers in l and n - count(r) - p = count of missing numbers in r) a) If each partition is missing one number, then use the difference of sums approach to find each missing number. (1 + 2 + ... + (p-1)) - sum(l) = missing #1 and ((p+1) + (p+2) ... + n) - sum(r) = missing #2 b) If one partition is missing both numbers and the partition is empty, then the missing numbers are either (p-1,p-2) or (p+1,p+2) depending on which partition is missing the numbers. If one partition is missing 2 numbers but is not empty, then recurse onto that partiton.

由于只缺少2个数字，该算法总是丢弃至少一个分区，因此保持了O(n)个快速选择的平均时间复杂度。类似地，当缺少3个数字时，该算法也会在每次传递中丢弃至少一个分区(因为当缺少2个数字时，最多只有1个分区包含多个缺少的数字)。然而，我不确定当添加更多缺失的数字时，性能会下降多少。

下面是一个不使用就地分区的实现，所以这个例子不满足空间要求，但它确实说明了算法的步骤:

<?php

  $list = range(1,100);
  unset($list[3]);
  unset($list[31]);

  findMissing($list,1,100);

  function findMissing($list, $min, $max) {
    if(empty($list)) {
      print_r(range($min, $max));
      return;
    }

    $l = $r = [];
    $pivot = array_pop($list);

    foreach($list as $number) {
      if($number < $pivot) {
        $l[] = $number;
      }
      else {
        $r[] = $number;
      }
    }

    if(count($l) == $pivot - $min - 1) {
      // only 1 missing number use difference of sums
      print array_sum(range($min, $pivot-1)) - array_sum($l) . "\n";
    }
    else if(count($l) < $pivot - $min) {
      // more than 1 missing number, recurse
      findMissing($l, $min, $pivot-1);
    }

    if(count($r) == $max - $pivot - 1) {
      // only 1 missing number use difference of sums
      print array_sum(range($pivot + 1, $max)) - array_sum($r) . "\n";
    } else if(count($r) < $max - $pivot) {
      // mroe than 1 missing number recurse
      findMissing($r, $pivot+1, $max);
    }
  }

Demo

非常好的问题。我会用Qk的集合差。很多编程语言甚至都支持它，比如Ruby:

missing = (1..100).to_a - bag

这可能不是最有效的解决方案，但如果我在这种情况下面临这样的任务(已知边界，低边界)，这是我在现实生活中会使用的解决方案。如果数字集非常大，那么我当然会考虑一个更有效的算法，但在此之前，简单的解决方案对我来说已经足够了。

正如@j_random_hacker所指出的，这与在O(n)个时间和O(1)个空间中寻找重复项非常相似，我的答案在这里也适用。

假设“袋子”由一个大小为N - k的基于1的数组a[]表示，我们可以在O(N)个时间和O(k)个额外空间内求解Qk。

首先，我们将数组A[]扩展k个元素，使它现在的大小为n，这是O(k)个额外空间。然后我们运行以下伪代码算法:

for i := n - k + 1 to n
    A[i] := A[1]
end for

for i := 1 to n - k
    while A[A[i]] != A[i] 
        swap(A[i], A[A[i]])
    end while
end for

for i := 1 to n
    if A[i] != i then 
        print i
    end if
end for

第一个循环初始化k个额外的条目，使其与数组中的第一个条目相同(这只是我们知道数组中已经存在的一个方便的值——在这一步之后，大小为N-k的初始数组中缺失的任何条目在扩展数组中仍然缺失)。

第二个循环排列扩展数组，如果元素x至少出现一次，那么其中一个元素将位于位置A[x]。

注意，尽管它有一个嵌套循环，但它仍然在O(N)时间内运行——只有当有一个i使a [i] != i时才会发生交换，并且每次交换设置至少一个元素使a [i] == i，而以前不是这样的。这意味着交换的总数(因此while循环体的执行总数)最多为N-1。

第三个循环打印数组i中没有被值i占用的索引——这意味着i一定是缺失的。

我让一个4岁的孩子来解决这个问题。他把数字分类，然后开始数。这有一个O(厨房地板)的空间要求，它的工作就像许多球丢失一样简单。

一个可能的解决方案:

public class MissingNumber {
    public static void main(String[] args) {
        // 0-20
        int [] a = {1,4,3,6,7,9,8,11,10,12,15,18,14};
        printMissingNumbers(a,20);
    }

    public static void printMissingNumbers(int [] a, int upperLimit){
        int b [] = new int[upperLimit];
        for(int i = 0; i < a.length; i++){
            b[a[i]] = 1;
        }
        for(int k = 0; k < upperLimit; k++){
            if(b[k] == 0)
                System.out.println(k);
        }
    }
}

基于数字和的解决方案的问题是，它们没有考虑到存储和处理具有大指数的数字的成本……在实践中，为了使它适用于非常大的n，将使用大数库。我们可以分析这些算法的空间利用率。

我们可以分析sdcvvc和Dimitris Andreou算法的时间和空间复杂度。

储存:

l_j = ceil (log_2 (sum_{i=1}^n i^j))
l_j > log_2 n^j  (assuming n >= 0, k >= 0)
l_j > j log_2 n \in \Omega(j log n)

l_j < log_2 ((sum_{i=1}^n i)^j) + 1
l_j < j log_2 (n) + j log_2 (n + 1) - j log_2 (2) + 1
l_j < j log_2 n + j + c \in O(j log n)`

所以l_j \in \ (j log n)

所使用的总存储空间:\sum_{j=1}^k l_j \in \Theta(k^2 log n)

使用的空间:假设计算a^j需要ceil(log_2 j)时间，总时间:

t = k ceil(\sum_i=1^n log_2 (i)) = k ceil(log_2 (\prod_i=1^n (i)))
t > k log_2 (n^n + O(n^(n-1)))
t > k log_2 (n^n) = kn log_2 (n)  \in \Omega(kn log n)
t < k log_2 (\prod_i=1^n i^i) + 1
t < kn log_2 (n) + 1 \in O(kn log n)

总使用时间:\Theta(kn log n)

如果这个时间和空间是令人满意的，您可以使用一个简单的递归 算法。让b !I是袋子里的第I个元素，n个之前的数字 移除次数，k是移除次数。在Haskell语法中…

let
  -- O(1)
  isInRange low high v = (v >= low) && (v <= high)
  -- O(n - k)
  countInRange low high = sum $ map (fromEnum . isInRange low high . (!)b) [1..(n-k)]
  findMissing l low high krange
    -- O(1) if there is nothing to find.
    | krange=0 = l
    -- O(1) if there is only one possibility.
    | low=high = low:l
    -- Otherwise total of O(knlog(n)) time
    | otherwise =
       let
         mid = (low + high) `div` 2
         klow = countInRange low mid
         khigh = krange - klow
       in
         findMissing (findMissing low mid klow) (mid + 1) high khigh
in
  findMising 1 (n - k) k

使用的存储:O(k)用于列表，O(log(n))用于堆栈:O(k + log(n)) 该算法更直观，具有相同的时间复杂度，占用的空间更少。