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。

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

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。

假设一个ArrayList对象(myList)被这些数字填充，其中x和y两个数字缺失。所以可能的解决方案是:

int k = 1;
        while (k < 100) {
            if (!myList.contains(k)) {
                System.out.println("Missing No:" + k);
            }
            k++;
        }

关键是使用索引来标记范围内是否存在某个数字。 这里我们知道从1到N。 时间复杂度O(n) 空间复杂度O(1)

后续问题: 这可以被修改为发现一个元素是否从差值为d的AP中缺失。其他变化可能包括从任何包含-ve数的随机数组中查找第一个缺失的+ve数。然后先对0左右的分区进行快速排序，然后对分区右侧的数组部分做此程序，做必要的修改。

public static void  missing(int [] arr){        
      for(int i=0; i< arr.length; i++){       
          if(arr[i]!=-1 && arr[i]<=arr.length){
              int idx=i;
              while(idx>=0 && idx<arr.length&& arr[idx]!=-1 ){
                   int temp =arr[idx];
                   // temp-1 because array index starts from 0, i.e a[0]=-1 is indicates that 1 is present in the array
                   arr[temp-1]=-1;
                   idx=temp-1;
              }
          }
      }
    }

在此之后，我们需要迭代数组，并检查是否a[i]!=-1，那么i+1就是缺失的数。当a[i]>N时，我们必须小心。

你可以解出Q2如果你有两个链表的和和和两个链表的乘积。

(l1为原始列表，l2为修改后的列表)

d = sum(l1) - sum(l2)
m = mul(l1) / mul(l2)

我们可以优化它，因为等差级数的和是第一项和最后一项的平均值的n倍:

n = len(l1)
d = (n/2)*(n+1) - sum(l2)

现在我们知道(如果a和b是被移除的数字):

a + b = d
a * b = m

所以我们可以重新排列为:

a = s - b
b * (s - b) = m

然后乘出来:

-b^2 + s*b = m

然后重新排列，使右边为零

-b^2 + s*b - m = 0

然后用二次公式求解:

b = (-s + sqrt(s^2 - (4*-1*-m)))/-2
a = s - b

Python 3示例代码:

from functools import reduce
import operator
import math
x = list(range(1,21))
sx = (len(x)/2)*(len(x)+1)
x.remove(15)
x.remove(5)
mul = lambda l: reduce(operator.mul,l)
s = sx - sum(x)
m = mul(range(1,21)) / mul(x)
b = (-s + math.sqrt(s**2 - (-4*(-m))))/-2
a = s - b
print(a,b) #15,5

我不知道根号，减法和求和函数的复杂性，所以我无法计算出这个解决方案的复杂性(如果有人知道，请在下面评论)。