0136 - Single Number

Difficulty

Easy

Language

Python

URL

https://leetcode.com/problems/single-number/

Solution 1 - Brute Force

Iterate through every pair of numbers using two nested loops. For each pair, check if they sum to the target. Return the indices when a match is found.

TimeComplexity: O(n^2)

SpaceComplexity: O(1)

""" 0001.1 - Solution 1 - Brute Force Approach """

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# Imports
#####################################################################################
from typing import List

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# Classes
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class Solution:
    """Solution Class"""

    def twoSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[int]:
        """Two Sum Function"""
        for i in range(len(nums)):
            for j in range(i + 1, len(nums)):
                if nums[i] + nums[j] == target:
                    return [i, j]


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# Functions
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def testcase():
    """Test Function"""
    print(Solution().twoSum([3, 3], 6))
    print(Solution().twoSum([3, 2, 4], 6))
    print(Solution().twoSum([2, 7, 11, 15], 9))


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# Main
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if __name__ == "__main__":
    testcase()

Solution 2 - Brute Force using `enumerate()`

Same brute force logic, but uses Python's enumerate() for cleaner index tracking instead of range(len(...)).

TimeComplexity: O(n^2)

SpaceComplexity: O(1)

""" 0001.1 - Solution 1 - Using Enumerate """

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# Imports
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from typing import List

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# Classes
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class Solution:
    """Solution Class"""

    def twoSum(self, nums: List[int], target: int) -> List[int]:
        """Two Sum Function"""
        for key1, num1 in enumerate(nums):
            for key2, num2 in enumerate(nums[key1 + 1 :], key1 + 1):
	              # enumerate(iterable, start=1) -> start value determines starting index
                # Printing value and key will output 1 i , 2 j, 3 k, 4 l 
                if num1 + num2 == target:
                    return [key1, key2]


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# Functions
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def testcase():
    """Test Function"""
    print(Solution().twoSum([3, 3], 6))
    print(Solution().twoSum([3, 2, 4], 6))
    print(Solution().twoSum([2, 7, 11, 15], 9))


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# Main
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if __name__ == "__main__":
    testcase()

Solution 1 - Hash Set

Use a hash set to track numbers we've seen. If a number is already in the set, remove it (it's a duplicate). If not, add it. The single remaining number in the set is the answer.

TimeComplexity: O(n)

SpaceComplexity: O(n)

""" 0136.1 - Single Number - Solution 1 - Hash Set """

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# Imports
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from typing import List

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# Classes
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class Solution:
    """Solution Class"""

    def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        """Single Number Function"""
        seen = set()
        for num in nums:
            if num in seen:
                seen.remove(num)
            else:
                seen.add(num)
        return seen.pop()


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# Functions
#####################################################################################
def testcase():
    """Test Function"""
    print(Solution().singleNumber([2, 2, 1]))
    print(Solution().singleNumber([4, 1, 2, 1, 2]))
    print(Solution().singleNumber([1]))


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# Main
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if __name__ == "__main__":
    testcase()

Solution 2 - Math Approach

If we sum all unique numbers and multiply by 2, then subtract the sum of the entire array, the result is the single number: 2 * sum(set(nums)) - sum(nums).

TimeComplexity: O(n)

SpaceComplexity: O(n)

""" 0136.2 - Single Number - Solution 2 - Math Approach """

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# Imports
#####################################################################################
from typing import List

#####################################################################################
# Classes
#####################################################################################
class Solution:
    """Solution Class"""

    def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        """Single Number Function"""
        return 2 * sum(set(nums)) - sum(nums)


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# Functions
#####################################################################################
def testcase():
    """Test Function"""
    print(Solution().singleNumber([2, 2, 1]))
    print(Solution().singleNumber([4, 1, 2, 1, 2]))
    print(Solution().singleNumber([1]))


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# Main
#####################################################################################
if __name__ == "__main__":
    testcase()

Solution 3 - XOR Bit Manipulation (Optimal)

XOR has two key properties: a ^ a = 0 and a ^ 0 = a. XORing all numbers together cancels out every duplicate pair, leaving only the single number. This is the optimal solution with O(1) space.

TimeComplexity: O(n)

SpaceComplexity: O(1)

""" 0136.3 - Single Number - Solution 3 - XOR Bit Manipulation """

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# Imports
#####################################################################################
from typing import List

#####################################################################################
# Classes
#####################################################################################
class Solution:
    """Solution Class"""

    def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        """Single Number Function"""
        result = 0
        for num in nums:
            result ^= num
        return result


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# Functions
#####################################################################################
def testcase():
    """Test Function"""
    print(Solution().singleNumber([2, 2, 1]))
    print(Solution().singleNumber([4, 1, 2, 1, 2]))
    print(Solution().singleNumber([1]))


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# Main
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if __name__ == "__main__":
    testcase()

Solution 4 - XOR using `reduce()`

Same XOR approach as Solution 3, but uses Python's functools.reduce() with the operator.xor function for a clean one-liner implementation.

TimeComplexity: O(n)

SpaceComplexity: O(1)

""" 0136.4 - Single Number - Solution 4 - XOR using reduce() """

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# Imports
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from typing import List
from functools import reduce
from operator import xor

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# Classes
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class Solution:
    """Solution Class"""

    def singleNumber(self, nums: List[int]) -> int:
        """Single Number Function"""
        return reduce(xor, nums)


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# Functions
#####################################################################################
def testcase():
    """Test Function"""
    print(Solution().singleNumber([2, 2, 1]))
    print(Solution().singleNumber([4, 1, 2, 1, 2]))
    print(Solution().singleNumber([1]))


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# Main
#####################################################################################
if __name__ == "__main__":
    testcase()