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。

我已经阅读了所有30个答案，并找到了最简单的一个，即使用100位数组是最好的。但正如问题所说，我们不能使用大小为N的数组，我将使用O(1)空间复杂度和k次迭代，即O(NK)时间复杂度来解决这个问题。

为了让解释更简单，假设给了我从1到15的数字，其中两个少了，即9和14，但我不知道。让包看起来像这样:

,1,2,12,4,7,5,10,11,13,15,3,6 [8].

我们知道每个数字在内部都是以位的形式表示的。 对于16之前的数字，我们只需要4位。对于10^9之前的数字，我们将需要32位。但我们先关注4位然后再推广它。

现在，假设我们有从1到15的所有数字，那么在内部，我们会有这样的数字(如果我们把它们排序):

0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111

但是现在少了两个数。所以我们的表示法看起来是这样的(为了理解，可以是任何顺序):

(2MSD|2LSD)
00|01
00|10
00|11
-----
01|00
01|01
01|10
01|11
-----
10|00
missing=(10|01) 
10|10
10|11
-----
11|00
11|01
missing=(11|10)
11|11

现在让我们创建一个大小为2的位数组，其中包含具有对应的两位最高位的数字的计数。即

= [__,__,__,__] 
   00,01,10,11

从左到右扫描袋子，填充上面的数组，使比特数组的每个bin都包含数字的计数。结果如下:

= [ 3, 4, 3, 3] 
   00,01,10,11

如果所有的数字都出现了，它看起来会是这样的:

= [ 3, 4, 4, 4] 
   00,01,10,11

因此，我们知道有两个数字缺失了:一个数字的最高两位有效位数是10，另一个数字的最高两位有效位数是11。现在再次扫描列表，并为下两位有效数字填写一个大小为2的位数组。这一次，只考虑前两位有效数字为10的元素。我们将有位数组为:

= [ 1, 0, 1, 1] 
   00,01,10,11

如果MSD=10的所有数字都存在，那么所有箱子中都有1个，但现在我们看到少了一个。因此，我们有MSD=10和LSD=01缺失的数字，即1001，即9。

类似地，如果我们再次扫描，但只考虑MSD=11的元素，我们得到MSD=11和LSD=10缺失，即1110，即14。

= [ 1, 0, 1, 1] 
   00,01,10,11

因此，我们可以在等量的空间中找到缺失的数字。我们可以推广到100 1000或10^9或任何一组数字。

参考资料:http://users.ece.utexas.edu/~adnan/afi-samples-new.pdf中的问题1.6

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)))

下面是Dimitris Andreou链接的摘要。

记住i次幂的和，其中i=1 2 .. k。这就把问题简化为解方程组

A1 + A2 + ... + AK = B1

A12 + A22 + ... + AK2 = B2

...

a1k + a2k + ... + laas = bk

利用牛顿恒等式，知道bi就可以计算

c1 = a1 + a2 +ak

c2 = a1a2 + a1a3 +，+ ak-1ak

...

ck = a1a2 ..ak

如果你展开多项式(x-a1)…(x-ak)系数正好是c1，…， ck -见Viète的公式。由于每个多项式因子都是唯一的(多项式环是欧几里得域)，这意味着ai是唯一确定的，直到排列为止。

这就证明了记住幂就足以恢复数字。对于常数k，这是一个很好的方法。

However, when k is varying, the direct approach of computing c1,...,ck is prohibitely expensive, since e.g. ck is the product of all missing numbers, magnitude n!/(n-k)!. To overcome this, perform computations in Zq field, where q is a prime such that n <= q < 2n - it exists by Bertrand's postulate. The proof doesn't need to be changed, since the formulas still hold, and factorization of polynomials is still unique. You also need an algorithm for factorization over finite fields, for example the one by Berlekamp or Cantor-Zassenhaus.

常数k的高级伪代码:

计算给定数的i次幂 相减得到未知数字的i次幂的和。称这些和为bi。 利用牛顿恒等式从bi中计算系数;叫它们ci。c1 = b1;C2 = (c1b1 - b2)/2;详见维基百科的精确公式 因式分解多项式xk-c1xk-1 +…+ ck。 多项式的根是所需的数a1，…正义与发展党。

对于改变k，使用例如Miller-Rabin，找到质数n <= q < 2n，并对所有数字对q进行模数化简来执行步骤。

编辑:这个答案的前一个版本表明，可以使用特征2 (q=2^(log n))的有限域来代替Zq，其中q是素数。但事实并非如此，因为牛顿公式需要除以k以内的数。

这可能听起来很愚蠢，但是，在第一个问题中，你必须看到袋子里所有剩下的数字，然后用这个方程把它们加起来，找到缺失的数字。

既然你能看到所有的数字，那就找出少了的那个数字。当缺少两个数字时也是如此。我觉得很简单。当你看到袋子里剩下的数字时，用方程就没有意义了。

免责声明:我已经读了这个问题好几天了，但我的知识超出了我对数学的理解。

我试着用set来解决它:

arr=[1,2,4,5,7,8,10] # missing 3,6,9
NMissing=3
arr_origin = list(range(1,arr[-1]+1))

for i in range(NMissing):
      arr.append(arr[-1]) ##### assuming you do not delete the last one

arr=set(arr)
arr_origin=set(arr_origin)
missing=arr_origin-arr # 3 6 9