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。

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。

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。

也许这个算法可以解决问题1:

预计算前100个整数的xor (val=1^2^3^4....100) 对来自输入流的元素进行Xor (val1=val1^next_input) 最终的答案= val ^ val1

或者更好:

def GetValue(A)
  val=0
  for i=1 to 100
    do
      val=val^i
    done
  for value in A:
    do
      val=val^value 
    done
  return val

这个算法实际上可以扩展到两个缺失的数字。第一步还是一样。当我们调用缺少两个数字的GetValue时，结果将是a1^a2是缺少的两个数字。让说

跌倒 = a1^a2

Now to sieve out a1 and a2 from val we take any set bit in val. Lets say the ith bit is set in val. That means that a1 and a2 have different parity at ith bit position. Now we do another iteration on the original array and keep two xor values. One for the numbers which have the ith bit set and other which doesn't have the ith bit set. We now have two buckets of numbers, and its guranteed that a1 and a2 will lie in different buckets. Now repeat the same what we did for finding one missing element on each of the bucket.

You can motivate the solution by thinking about it in terms of symmetries (groups, in math language). No matter the order of the set of numbers, the answer should be the same. If you're going to use k functions to help determine the missing elements, you should be thinking about what functions have that property: symmetric. The function s_1(x) = x_1 + x_2 + ... + x_n is an example of a symmetric function, but there are others of higher degree. In particular, consider the elementary symmetric functions. The elementary symmetric function of degree 2 is s_2(x) = x_1 x_2 + x_1 x_3 + ... + x_1 x_n + x_2 x_3 + ... + x_(n-1) x_n, the sum of all products of two elements. Similarly for the elementary symmetric functions of degree 3 and higher. They are obviously symmetric. Furthermore, it turns out they are the building blocks for all symmetric functions.

你可以通过注意s_2(x,x_(n+1)) = s_2(x) + s_1(x)(x_(n+1))来构建初等对称函数。进一步思考应该会使您相信s_3(x,x_(n+1)) = s_3(x) + s_2(x)(x_(n+1))等等，因此它们可以在一次传递中计算。

我们如何知道数组中缺少了哪些项?考虑多项式(z-x_1) (z-x_2)……(z-x_n)。如果你输入任意一个数字x_i，它的值都是0。展开多项式，得到z^n-s_1(x)z^(n-1)+。+ (-1)^n s_n。初等对称函数也出现在这里，这并不奇怪，因为多项式应该保持不变，如果我们对根进行任何排列。

所以我们可以建立一个多项式，并尝试因式分解来找出哪些数不在集合中，就像其他人提到的那样。

Finally, if we are concerned about overflowing memory with large numbers (the nth symmetric polynomial will be of the order 100!), we can do these calculations mod p where p is a prime bigger than 100. In that case we evaluate the polynomial mod p and find that it again evaluates to 0 when the input is a number in the set, and it evaluates to a non-zero value when the input is a number not in the set. However, as others have pointed out, to get the values out of the polynomial in time that depends on k, not N, we have to factor the polynomial mod p.

我还没有检查数学，但我怀疑在计算Σ(n)的同时计算Σ(n^2)将提供足够的信息来得到两个缺失的数字，如果有三个，也要计算Σ(n^3)，等等。