题目：在一个字符串中找到第一个只出现一次的字符。如输入abaccdeff，则输出b。
分析：这道题是2006年google的一道笔试题。
看到这道题时，最直观的想法是从头开始扫描这个字符串中的每个字符。当访问到某字符时拿这个字符和后面的每个字符相比较，如果在后面没有发现重复的字符，则该字符就是只出现一次的字符。如果字符串有n个字符，每个字符可能与后面的O(n)个字符相比较，因此这种思路时间复杂度是O(n2)。我们试着去找一个更快的方法。
由于题目与字符出现的次数相关，我们是不是可以统计每个字符在该字符串中出现的次数?要达到这个目的，我们需要一个数据容器来存放每个字符的出现次数。在这个数据容器中可以根据字符来查找它出现的次数，也就是说这个容器的作用是把一个字符映射成一个数字。在常用的数据容器中，哈希表正是这个用途。
哈希表是一种比较复杂的数据结构。由于比较复杂，STL中没有实现哈希表，因此需要我们自己实现一个。但由于本题的特殊性，我们只需要一个非常简单的哈希表就能满足要求。由于字符(char)是一个长度为8的数据类型，因此总共有可能256 种可能。于是我们创建一个长度为256的数组，每个字母根据其ASCII码值作为数组的下标对应数组的对应项，而数组中存储的是每个字符对应的次数。这样我们就创建了一个大小为256，以字符ASCII码为键值的哈希表。
我们第一遍扫描这个数组时，每碰到一个字符，在哈希表中找到对应的项并把出现的次数增加一次。这样在进行第二次扫描时，就能直接从哈希表中得到每个字符出现的次数了。
参考代码如下：
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// Find the first char which appears only once in a string
// Input: pString - the string
// Output: the first not repeating char if the string has, otherwise 0
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
char FirstNotRepeatingChar(char* pString)
{
// invalid input
if(!pString)
return 0;
// get a hash table, and initialize it
constinttableSize =256;
unsignedinthashTable[tableSize];
for(unsignedinti = 0; ihashTable[i] = 0;
// get the how many times each char appears in the string
char* pHashKey = pString;
while(*(pHashKey) != '\0')
hashTable[*(pHashKey++)] ++;
// find the first char which appears only once in a string
pHashKey = pString;
while(*pHashKey != '\0')
{
if(hashTable[*pHashKey] == 1)
return *pHashKey;
pHashKey++;
}
// if the string is empty
// or every char in the string appears at least twice
return 0;
} 圆圈中最后剩下的数字
题目：n个数字(0,1,…,n-1)形成一个圆圈，从数字0开始，每次从这个圆圈中删除第m个数字(第一个为当前数字本身，第二个为当前数字的下一个数字)。当一个数字删除后，从被删除数字的下一个继续删除第m个数字。求出在这个圆圈中剩下的最后一个数字。
分析：既然题目有一个数字圆圈，很自然的想法是我们用一个数据结构来模拟这个圆圈。在常用的数据结构中，我们很容易想到用环形列表。我们可以创建一个总共有m个数字的环形列表，然后每次从这个列表中删除第m个元素。
在参考代码中，我们用STL中std::list来模拟这个环形列表。由于list并不是一个环形的结构，因此每次跌代器扫描到列表末尾的时候，要记得把跌代器移到列表的头部。这样就是按照一个圆圈的顺序来遍历这个列表了。
这种思路需要一个有n个结点的环形列表来模拟这个删除的过程，因此内存开销为O(n)。而且这种方法每删除一个数字需要m步运算，总共有n个数字，因此总的时间复杂度是O(mn)。当m和n都很大的时候，这种方法是很慢的。
接下来我们试着从数开云kaiyun(中国)上分析出一些规律。首先定义最初的n个数字(0,1,…,n-1)中最后剩下的数字是关于n和m的方程为f(n,m)。
在这n个数字中，第一个被删除的数字是m%n-1，为简单起见记为k。那么删除k之后的剩下n-1的数字为0,1,…,k-1,k+1,…,n-1，并且下一个开始计数的数字是k+1。相当于在剩下的序列中，k+1排到最前面，从而形成序列k+1,…,n-1,0,…k-1。该序列最后剩下的数字也应该是关于n和m的函数。由于这个序列的规律和前面最初的序列不一样(最初的序列是从0开始的连续序列)，因此该函数不同于前面函数，记为f’(n-1,m)。最初序列最后剩下的数字f(n,m)一定是剩下序列的最后剩下数字f’(n-1,m)，所以f(n,m)=f’(n-1,m)。
接下来我们把剩下的的这n-1个数字的序列k+1,…,n-1,0,…k-1作一个映射，映射的结果是形成一个从0到n-2的序列：
k+1 -> 0
k+2 -> 1
…
n-1 -> n-k-2
0 -> n-k-1
…
k-1 -> n-2
把映射定义为p，则p(x)= (x-k-1)%n，即如果映射前的数字是x，则映射后的数字是(x-k-1)%n。对应的逆映射是p-1(x)=(x+k+1)%n。
由于映射之后的序列和最初的序列有同样的形式，都是从0开始的连续序列，因此仍然可以用函数f来表示，记为f(n-1,m)。根据我们的映射规则，映射之前的序列最后剩下的数字f’(n-1,m)= p-1 [f(n-1,m)]=[f(n-1,m)+k+1]%n。把k=m%n-1代入得到f(n,m)=f’(n-1,m)=[f(n-1,m)+m]%n。
经过上面复杂的分析，我们终于找到一个递归的公式。要得到n个数字的序列的最后剩下的数字，只需要得到n-1个数字的序列的最后剩下的数字，并可以依此类推。当n=1时，也就是序列中开始只有一个数字0，那么很显然最后剩下的数字就是0。我们把这种关系表示为：
0 n=1
f(n,m)={
[f(n-1,m)+m]%n n>1
尽管得到这个公式的分析过程非常复杂，但它用递归或者循环都很容易实现。最重要的是，这是一种时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(1)的方法，因此无论在时间上还是空间上都优于前面的思路。
思路一的参考代码：
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// n integers (0, 1, ... n - 1) form a circle. Remove the mth from
// the circle at every time. Find the last number remaining
// Input: n - the number of integers in the circle initially
// m - remove the mth number at every time
// Output: the last number remaining when the input is valid,
// otherwise -1
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int LastRemaining_Solution1(unsigned int n, unsigned int m)
{
// invalid input
if(n < 1 || m < 1)
return -1;
unsigned int i = 0;
// initiate a list with n integers (0, 1, ... n - 1)
list integers;
for(i = 0; i < n; ++ i)
integers.push_back(i);
list::iterator curinteger = integers.begin();
while(integers.size() > 1)
{
// find the mth integer. Note that std::list is not a circle
// so we should handle it manually
for(int i = 1; i < m; ++ i)
{
curinteger ++;
if(curinteger == integers.end())
curinteger = integers.begin();
}
// remove the mth integer. Note that std::list is not a circle
// so we should handle it manually
list::iterator nextinteger = ++ curinteger;
if(nextinteger == integers.end())
nextinteger = integers.begin();
-- curinteger;
integers.erase(curinteger);
curinteger = nextinteger;
}
return *(curinteger);
}
思路二的参考代码：
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// n integers (0, 1, ... n - 1) form a circle. Remove the mth from
// the circle at every time. Find the last number remaining
// Input: n - the number of integers in the circle initially
// m - remove the mth number at every time
// Output: the last number remaining when the input is valid,
// otherwise -1
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
int LastRemaining_Solution2(int n, unsigned int m)
{
// invalid input
if(n <= 0 || m < 0)
return -1;
// if there are only one integer in the circle initially,
// of course the last remaining one is 0
int lastinteger = 0;
// find the last remaining one in the circle with n integers
for (int i = 2; i <= n; i ++)
lastinteger = (lastinteger + m) % i;
return lastinteger;
}
如果对两种思路的时间复杂度感兴趣的读者可以把n和m的值设的稍微大一点，比如十万这个数量级的数字，运行的时候就能明显感觉出这两种思路写出来的代码时间效率大不一样。
