力扣89——格雷编码

社会主义新天地 提交于 2020-01-17 05:58:14

原题

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]。

原题url:https://leetcode-cn.com/problems/gray-code/

解题

初始想法

一开始拿到这题目,我想到的是从0开始,每次从右边第一位开始改变,放入结果集中(集合),如果添加成功,就以当前数为新的起点,继续变化和添加,否则就变化下一位。

这个想法看似美好,实际有两个需要解决的难点:

  1. 如何保证转化出的二进制,精确修改每一位呢?如果用 for 循环的话,效率很低。
  2. 每次这样改变的话,很可能效率会很低,时间复杂度会很高,如何优化?

基于以上两点,我稍微尝试了一下,感觉这个方法不靠谱,决定换一个思路。

找规律

那现在我就来尝试找找规律,自己写写0位、1位、2位、3位的格雷编码:

0位:
0

1位:
0
1

2位:
00
01
11
10

3位:
000
001
011
010
110
111
101
100

写完之后,应该能找到以下几个规律:

  1. 第 n 位格雷编码是第 n 1 位格雷编码的子集,意味着可以利用上一次的结果。
  2. 根据2进制来看,每多一位,其实就是在多的那一位置1即可。
  3. 基于第2点,需要做补充,格雷编码是需要考虑顺序的,并不能只是简单置1,应该是针对上一次的结果集倒序输出并在最高位置1。

上面3个规律,只有最后一个规律,可能比较难找,不过考虑到顺序这个特性,应该也能想出来。接下来我们看一下代码:

class Solution {
    public List<Integer> grayCode(int n) {
        // 动态规划,第n种情况是由:第n-1种正序各数字前加0   第n-1种倒序各数字前加1

        // 先给出一开始的情况
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(0);
        if (n == 0) {
            return list;
        }

        LinkedList<Integer> result = new LinkedList<>();
        result.add(0);
                // 最高位置1,可以理解为增加
        int add = 1;
        for (int i = 1; i <= n; i  ) {
            // 倒序
            Collections.reverse(list);
            for (int item : list) {
                result.add(item   add);
            }

            list = new LinkedList<>(result);
            add = add << 1;
        }

        return result;
    }
}

提交OK,执行用时:3 ms,内存消耗:34.5 MB,但是用时只战胜9.59%的 java 提交记录,看来还是有优化必要的。

优化

我第一眼想到的优化是倒序,我并不需要真的将上一次的结果集真的倒置,而是只要倒序遍历即可。因为我存放的结果集是 LinkedList,可以利用它的descendingIterator,直接进行倒序遍历,其代码是:

class Solution {
    public List<Integer> grayCode(int n) {
        // 动态规划,第n种情况是由:第n-1种正序各数字前加0   第n-1种倒序各数字前加1

        // 先给出一开始的情况
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(0);
        if (n == 0) {
            return list;
        }

        LinkedList<Integer> result = new LinkedList<>();
        result.add(0);
        int add = 1;
        for (int i = 1; i <= n; i  ) {
            // 倒序
            Iterator<Integer> descIterator = list.descendingIterator();
            while (descIterator.hasNext()) {
                result.add(descIterator.next()   add);
            }

            list = new LinkedList<>(result);
            add = add << 1;
        }

        return result;
    }
}

提交OK,执行用时:2 ms,内存消耗:34.3 MB,但是用时只战胜21.07%的 java 提交记录,看来还可以继续优化。

继续优化

这次我盯上的是list = new LinkedList(result);,看起来是1行代码,实际内部利用了addAll方法,还是需要遍历这个结果集。而这里需要定义一个新的结果集是为了记录中间结果,是否真的有必要的呢?

如果还是利用 LinkedList 结构,还真就需要新建结果集。因为它想获取中间结果,用get(int index)这样的方法,依旧需要遍历。这时候我就想到,可以换一种数据结构ArrayList,这样无论是倒序遍历还是添加,都是只要记录上一次的总数量,就可以达到同样的效果了。接下来让我们看看代码:

class Solution {
    public List<Integer> grayCode(int n) {
        // 动态规划,第n种情况是由:第n-1种正序各数字前加0   第n-1种倒序各数字前加1

        // 先给出一开始的情况
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(1 << n);
        list.add(0);
        if (n == 0) {
            return list;
        }

        int add = 1;
        int tempCount;
        for (int i = 1; i <= n; i  ) {
            tempCount = list.size();
            // 倒序
            for (int j = tempCount - 1; j >= 0; j--) {
                list.add(2 * tempCount - j - 1, list.get(j)   add);
            }
            
            add = add << 1;
        }

        return list;
    }
}

提交OK,执行用时:1 ms,内存消耗:34.2 MB,用时战胜了97.89%的 java 提交记录,这下应该可以了。

总结

以上就是这道题目我的解答过程了,不知道大家是否理解了。这道题目的难点主要在于找规律以及之后的优化。

有兴趣的话可以访问我的博客或者关注我的公众号、头条号,说不定会有意外的惊喜。

https://death00.github.io/

公众号:健程之道

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