leetcode89. 格雷编码

本文介绍了一种生成格雷编码序列的算法,格雷编码是一种特殊的二进制编码方式,相邻两个编码仅有一位不同。文章提供了详细的算法实现,通过一个核心公式G(i)=i^(i/2)来生成格雷编码序列,适用于任何位数的编码。
格雷编码是一个二进制数字系统,在该系统中,两个连续的数值仅有一个位数的差异。

给定一个代表编码总位数的非负整数 n,打印其格雷编码序列。格雷编码序列必须以 0 开头。

示例 1:

输入: 2
输出: [0,1,3,2]
解释:
00 - 0
01 - 1
11 - 3
10 - 2

对于给定的 n,其格雷编码序列并不唯一。
例如,[0,2,3,1] 也是一个有效的格雷编码序列。

00 - 0
10 - 2
11 - 3
01 - 1
示例 2:

输入: 0
输出: [0]
解释: 我们定义格雷编码序列必须以 0 开头。
     给定编码总位数为 n 的格雷编码序列,其长度为 2n。当 n = 0 时,长度为 20 = 1。
     因此,当 n = 0 时,其格雷编码序列为 [0]

背答案题

class Solution {
    public List<Integer> grayCode(int n) {
        /**
        关键是搞清楚格雷编码的生成过程, G(i) = i ^ (i/2);
        如 n = 3: 
        G(0) = 000, 
        G(1) = 1 ^ 0 = 001 ^ 000 = 001
        G(2) = 2 ^ 1 = 010 ^ 001 = 011 
        G(3) = 3 ^ 1 = 011 ^ 001 = 010
        G(4) = 4 ^ 2 = 100 ^ 010 = 110
        G(5) = 5 ^ 2 = 101 ^ 010 = 111
        G(6) = 6 ^ 3 = 110 ^ 011 = 101
        G(7) = 7 ^ 3 = 111 ^ 011 = 100
        **/
        List<Integer> ret = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 1<<n; ++i)
            ret.add(i ^ i>>1);
        return ret;
    }
}
### 解题思路 LeetCode89题 Gray Code 要求生成一个 n 位格雷码序列。格雷码是一种二进制编码,其中相邻的两个仅有一位二进制位不同。题目要求生成的序列需要满足以下条件: - 每个整数都在范围 [0, 2^n - 1] 内。 - 序列的第一个整数是 0。 - 每对相邻整数的二进制表示恰好一位不同。 - 首个和最后一个整数的二进制表示也恰好一位不同。 解决格雷编码问题的关键在于理解其生成规律。一种常见的方法是基于递归或迭代的思想,通过逐步构建格雷码序列。 #### 方法一:直接公式法 通过观察格雷码的生成规律,可以发现格雷码的第 i 个数可以通过公式 i ^ (i >> 1) 得到。这种方法简单高效,适用于快速生成格雷码序列。 ```python class Solution: def grayCode(self, n: int) -> list: res = [] for i in range(1 << n): graycode = i ^ (i >> 1) res.append(graycode) return res ``` #### 方法二:递归法 通过递归的方式生成格雷码序列。假设已知 n-1 位的格雷码序列,可以通过将其镜像翻转并在前面加上 1 来生成 n 位的格雷码序列。具体实现如下: ```python class Solution: def grayCode(self, n: int) -> list: if n == 0: return [0] prev = self.grayCode(n - 1) # 镜像翻转并在前面加上 1 return prev + [x | (1 << (n - 1)) for x in reversed(prev)] ``` #### 方法三:回溯法 通过回溯的方式生成二进制字符串,并将其转换为十进制数。这种方法通过递归生成每一位的 0 和 1,并确保相邻的两个仅有一位不同。 ```python class Solution: def grayCode(self, n: int) -> list: res = [] def backtrack(s, x): if len(s) == n: res.append(int(s, 2)) return if x == 0: backtrack(s + '0', 0) backtrack(s + '1', 1) else: backtrack(s + '1', 0) backtrack(s + '0', 1) backtrack('', 0) return res ``` ### 代码实现 上述三种方法均可以用于实现格雷码序列。以下是完整代码示例: #### 方法一:直接公式法 ```python class Solution: def grayCode(self, n: int) -> list: return [i ^ (i >> 1) for i in range(1 << n)] ``` #### 方法二:递归法 ```python class Solution: def grayCode(self, n: int) -> list: if n == 0: return [0] prev = self.grayCode(n - 1) return prev + [x | (1 << (n - 1)) for x in reversed(prev)] ``` #### 方法三:回溯法 ```python class Solution: def grayCode(self, n: int) -> list: res = [] def backtrack(s, x): if len(s) == n: res.append(int(s, 2)) return if x == 0: backtrack(s + '0', 0) backtrack(s + '1', 1) else: backtrack(s + '1', 0) backtrack(s + '0', 1) backtrack('', 0) return res ``` ### 总结 以上方法均能正确生成 n 位格雷码序列。直接公式法是最简单高效的方式,而递归法和回溯法则更直观地体现了格雷码的生成规律。根据具体需求,可以选择不同的方法实现。
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值