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)))

你可以试试布卢姆滤镜。将袋子中的每个数字插入到bloom中，然后遍历完整的1-k集，直到报告每个数字都没有找到。这可能不是在所有情况下都能找到答案，但可能是一个足够好的解决方案。

我们可以通过把数字本身和这些数字的平方相加来解Q2。

我们可以把问题简化为

k1 + k2 = x
k1^2 + k2^2 = y

其中x和y表示和低于期望值的程度。

代换给我们:

(x-k2)^2 + k2^2 = y

然后我们可以解出缺失的数。

有一个通用的方法来解决这样的流问题。 我们的想法是使用一些随机化，希望将k个元素“分散”到独立的子问题中，在那里我们的原始算法为我们解决了问题。该技术用于稀疏信号重建等。

创建一个大小为u = k^2的数组a。 选取任意通用哈希函数h:{1，…，n} ->{1，…，u}。(如multiply-shift) 对于1中的每一个i，…， n增加a[h(i)] += i 对于输入流中的每个数字x，减去a[h(x)] -= x。

如果所有缺失的数字都已散列到不同的bucket中，则数组的非零元素现在将包含缺失的数字。

根据通用哈希函数的定义，特定对被发送到同一桶的概率小于1/u。由于大约有k^2/2对，我们有错误概率不超过k^2/2/u=1/2。也就是说，我们成功的概率至少是50%，如果我们增加u，我们的机会就会增加。

注意，这个算法占用k^2 logn位的空间(每个数组桶需要logn位)。这与@Dimitris Andreou的答案所需要的空间相匹配(特别是多项式因式分解的空间要求，它碰巧也是随机的。) 该算法每次更新的时间也是常数，而不是幂和情况下的时间k。

事实上，通过使用评论中描述的技巧，我们甚至可以比幂和法更有效。

你能查一下每个号码是否都存在吗?如果是，你可以试试这个:

S =袋子中所有数字的和(S < 5050) Z =缺失数的和5050 - S

如果缺失的数字是x和y，则:

x = Z - y和 max(x) = Z - 1

所以你检查从1到max(x)的范围，并找到这个数字

我相信我有一个O(k)时间和O(log(k)空间算法，前提是你有任意大整数的下限(x)和log2(x)函数:

你有一个k位的长整数(因此是log8(k)空间)，其中你加上x^2，其中x是你在袋子里找到的下一个数字:s=1^2+2^2+…这需要O(N)时间(这对面试官来说不是问题)。最后得到j= (log2(s))这是你要找的最大的数。然后s=s-j，重复上面的步骤:

for (i = 0 ; i < k ; i++)
{
  j = floor(log2(s));
  missing[i] = j;
  s -= j;
}

现在，对于2756位的整数，通常没有floor和log2函数，而是用于double。所以呢?简单地说，对于每2个字节(或1、3、4)，您可以使用这些函数来获得所需的数字，但这增加了O(N)因素的时间复杂度