对于Q2，这是一个比其他解决方案效率更低的解决方案，但仍然有O(N)个运行时和O(k)个空间。

这个想法是运行原始算法两次。在第一个例子中，你得到了缺失的总数，这给了你缺失数字的上界。我们称这个数为N，你知道这两个数的和是N，所以第一个数只能在[1,floor((N-1)/2)]区间内，而第二个数将在[floor(N/2)+1,N-1]区间内。

因此，再次循环所有数字，丢弃第一个间隔中不包括的所有数字。你可以记录它们的和。最后，你将知道丢失的两个数字中的一个，进而知道第二个数字。

我有一种感觉，这种方法可以被推广，也许在一次输入传递期间，多个搜索可以“并行”运行，但我还没有弄清楚如何做到这一点。

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。

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。

动机

如果您想解决一般情况下的问题，并且可以存储和编辑数组，那么到目前为止，Caf的解决方案是最有效的。如果您不能存储数组(流版本)，那么sdcvvc的答案是目前建议的唯一解决方案类型。

我建议的解决方案是最有效的答案(到目前为止在这个线程中)，如果你可以存储数组但不能编辑它，我从Svalorzen的解决方案中得到了这个想法，它解决了1或2个缺失的项目。该方案需要Θ(k*n)时间和O(min(k,log(n))和Ω(log(k))空间。它还可以很好地处理并行性。

概念

这个想法是，如果你使用原始的比较和的方法: sum = SumOf(1,n) - SumOf(数组)

．.． 然后取缺失数字的平均值: Average = sum/n_missing_numbers

…它提供了一个边界:在缺失的数字中，保证至少有一个数字小于或等于平均值，至少有一个数字大于平均值。这意味着我们可以分成子问题，每个子问题扫描数组[O(n)]，并且只关心它们各自的子数组。

Code

c风格的解决方案(不要因为全局变量来评判我，我只是想让代码对非c语言的人来说可读):

#include "stdio.h"

// Example problem:
const int array [] = {0, 7, 3, 1, 5};
const int N = 8; // size of original array
const int array_size = 5;

int SumOneTo (int n)
{
    return n*(n-1)/2; // non-inclusive
}

int MissingItems (const int begin, const int end, int & average)
{
    // We consider only sub-array elements with values, v:
    // begin <= v < end
    
    // Initialise info about missing elements.
    // First assume all are missing:
    int n = end - begin;
    int sum = SumOneTo(end) - SumOneTo(begin);

    // Minus everything that we see (ie not missing):
    for (int i = 0; i < array_size; ++i)
    {
        if ((begin <= array[i]) && (array[i] < end))
        {
            --n;
            sum -= array[i];
        }
    }
    
    // used by caller:
    average = sum/n;
    return n;
}

void Find (const int begin, const int end)
{
    int average;

    if (MissingItems(begin, end, average) == 1)
    {
        printf(" %d", average); // average(n) is same as n
        return;
    }
    
    Find(begin, average + 1); // at least one missing here
    Find(average + 1, end); // at least one here also
}

int main ()
{   
    printf("Missing items:");
    
    Find(0, N);
    
    printf("\n");
}

分析

暂时忽略递归，每个函数调用显然需要O(n)时间和O(1)空间。请注意，sum可以等于n(n-1)/2，因此需要存储n-1所需的位数的两倍。这最多意味着我们实际上需要两个额外的元素的空间，不管数组或k的大小，因此它仍然是O(1)个空间。

对于k个缺失的元素有多少函数调用不是很明显，所以我将提供一个可视化的。原始子数组(连通数组)是完整数组，其中包含所有k个缺失元素。我们将把它们想象成递增的顺序，其中-表示连接(同一子数组的一部分):

M1—m2—m3—m4—(…)—mk-1—mk

Find函数的作用是将缺失的元素断开连接到不同的非重叠子数组中。它保证每个子数组中至少有一个缺失元素，这意味着恰好断开一个连接。

这意味着无论分割是如何发生的，它总是使用k-1 Find函数调用来查找只缺少一个元素的子数组。

那么时间复杂度为Θ((k-1 + k) *n) = Θ(k*n)。

对于空间复杂度，如果我们每次按比例分割，就会得到O(log(k))个空间复杂度，但如果我们每次只分离一个，就会得到O(k)个空间复杂度。

这里有一个关于为什么空间复杂度是O(log(n))的证明。鉴于上面我们已经证明了它也是O(k)那么我们知道它是O(min(k,log(n)))

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);
        }
    }
}

你可以通过阅读Muthukrishnan的几页-数据流算法:谜题1:寻找缺失的数字来找到它。它准确地显示了您正在寻找的泛化。也许这就是面试官读到的内容，也是他提出这些问题的原因。

还请参阅sdcvvc的直接相关答案，其中还包括伪代码(万岁!没有必要阅读那些棘手的数学公式:)(谢谢，干得好!)