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)))

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

您可能需要澄清O(k)的含义。

这里有一个任意k的简单解:对于你的数字集中的每一个v，将2^v相加。最后，循环i从1到n，如果和2^i按位和为零，则i缺失。(或者在数字上，如果和的底除以2^i是偶数。或者模2^(i+1) < 2^i

容易,对吧?O(N)时间，O(1)存储，支持任意k。

除了你在计算一个巨大的数字，在真正的计算机上，每个数字都需要O(N)个空间。事实上，这个解和位向量是一样的。

所以你可以很聪明地计算和，平方和和和立方体的和…直到v^k的和，然后用复杂的数学方法提取结果。但这些都是很大的数字，这就引出了一个问题:我们谈论的是哪种抽象的运作模式?O(1)空间中有多少是合适的，以及需要多长时间才能将所需大小的数字相加?

谢谢你这个有趣的问题:

因为你让我想起了牛顿的工作，它真的可以解决这个问题

请参考牛顿恒等式

As变量的数量=方程的数量(必须为一致性)

我认为，对于这个问题，我们应该提高袋数的幂，以便创建不同的方程。

我不知道，但是，我相信如果有一个函数，比如f，我们要加上f(xi)

x1+x2+…+ xk = z1

x12 + x22 + ... + xk2 = z2

............

............

............

x1k + x2k + ... + xkk = XP

休息是一个不确定时间和空间复杂性的数学工作，但牛顿恒等式肯定会发挥重要作用。

我们不能用集合理论吗 .difference_update()或在这个问题方法中是否有线性代数的机会?

不确定，这是否是最有效的解决方案，但我会遍历所有条目，并使用bitset来记住，设置了哪些数字，然后测试0位。

我喜欢简单的解决方案，我甚至相信，它可能比计算和，或平方和等更快。

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。