**LeetCode137. Single Number II_M

137.Single Number II_M

Given an array of integers, every element appears three times except for one, which appears exactly once. Find that single one.

Note:
Your algorithm should have a linear runtime complexity. Could you implement it without using extra memory?

方法一：用两个 HashSet
当第一个 set 里面没有这个数时，添加进去；
当第一个 set 里面有这个数，第二个 set 里面没有这个数时，添加进第二个 set；
当两个 set 里面都有这个数时，删除两个 set 里面的这个数；
最后第一个 set 里面剩下的唯一的数就是我们要找的只出现一次的那个数；
注意：最后int result = singleNum.iterator().next();因为 Set 继承了Collection 接口，Collection 实现了Iterator 接口，所以可以使用 HashSet 的迭代器返回最后一个数。

public int singleNumber(int[] nums) {        Set<Integer> singleNum = new HashSet<>();        Set<Integer> singleNum1 = new HashSet<>();        for(int i = 0; i < nums.length; i++){            if(singleNum.contains(nums[i])){                if(singleNum1.contains(nums[i])){                    singleNum.remove(nums[i]);                    singleNum1.remove(nums[i]);                }                else{                    singleNum1.add(nums[i]);                }            }            else{                singleNum.add(nums[i]);            }        }        int result = singleNum.iterator().next();        return result;    }

方法二：用 Map
Map 中的 key 为数组中的值，value 为数组中的数出现的次数。
注意：Map 没有实现 Iterator 接口，所以 Map 没有迭代器方法，最后 int result = singleNum.keySet().iterator().next(); 最后将 Map 的 key 转换成 keyset 再使用迭代器返回最后一个数。

public int singleNumber4(int[] nums) {    Map<Integer, Integer> singleNum = new HashMap<>();    for(int i = 0; i < nums.length; i++){        if(singleNum.containsKey(nums[i])){            if(singleNum.get(nums[i]).intValue() == 1){                singleNum.remove(nums[i]);                singleNum.put(nums[i], 2);            }            else if(singleNum.get(nums[i]).intValue() == 2){                singleNum.remove(nums[i]);            }        }else{            singleNum.put(nums[i], 1);        }    }    int result = singleNum.keySet().iterator().next();    return result;}

方法三：位运算 – 能返回出现 1 次和出现 2 次的数

总结： 一个数组中有一个元素只出现 1 次，其余元素出现 k 次
当 k 为偶数时，用异或的方法；
当 k 为奇数时，用位运算，数组中的每个元素的每一位相加再模 k ，结果就是只出现一次的元素。

对于本题，模 3 有 3 种状态，余数为0,1,2， 所以用两位来表示00,01,10。
定义一种位相加运算规则：
00 + 1 = 01； 01 + 1 = 10； 10 + 1 = 00；
用 ab 表示当前位的状态，c 表示输入数字的当前位，next ab 表示输出位,则自己定义的运算的真值表如下图：

则 a = ( ~ a & b & c) | (a &~ b &~ c);
b=( ~ a & ~ b & c) | (~ a & b & ~ c);
a 位为 1 时，代表数只出现了两次；
b 位为 1 时，代表数只出现了一次；
所以返回 a 代表返回出现了两次的数；返回 b 代表返回出现了一次的数；返回 a|b 代表返回出现了一次或者两次的数。

public int singleNumber3(int[] nums) {//we need to implement a tree-time counter(base 3) that if a bit appears three time ,it will be zero.    //#curent  income  ouput                                                 //# ab      c/c       ab/ab    //# 00      1/0       01/00    //# 01      1/0       10/01    //# 10      1/0       00/10    // a=~abc+a~b~c;    // b=~a~bc+~ab~c;    int a=0;    int b=0;    for(int c:nums){        int ta=(~a&b&c)|(a&~b&~c);        b=(~a&~b&c)|(~a&b&~c);        a=ta;    }    //we need find the number that is 01,10 => 1, 00 => 0.    return a|b;}

方法三：位运算
方法思路和上面一样，在真值表中找运算规则得到的运算公式不一样而已。
这里 one 为 1 代表出现一次；
two 为 1 代表出现两次；

public int singleNumber2(int[] nums) {    int ones = 0, twos = 0;    for(int i = 0; i < nums.length; i++){        ones = (ones ^ nums[i]) & ~twos;        twos = (twos ^ nums[i]) & ~ones;    }    return ones;}