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C++實現(xiàn)LeetCode(89.格雷碼)

更新時間：2021年07月19日 17:31:25 作者：Grandyang

這篇文章主要介紹了C++實現(xiàn)LeetCode(89.格雷碼),本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術(shù)的了解與使用,以下就是詳細(xì)內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

[LeetCode] 89.Gray Code 格雷碼

The gray code is a binary numeral system where two successive values differ in only one bit.

Given a non-negative integer n representing the total number of bits in the code, print the sequence of gray code. A gray code sequence must begin with 0.

For example, given n = 2, return [0,1,3,2]. Its gray code sequence is:

00 - 0
01 - 1
11 - 3
10 - 2

Note:
For a given n, a gray code sequence is not uniquely defined.

For example, [0,2,3,1] is also a valid gray code sequence according to the above definition.

For now, the judge is able to judge based on one instance of gray code sequence. Sorry about that.

這道題是關(guān)于格雷碼的，猛地一看感覺完全沒接觸過格雷碼，但是看了維基百科后，隱約的感覺原來好像哪門可提到過，哎全還給老師了。這道題如果不了解格雷碼，還真不太好做，幸虧腦補了維基百科，上面說格雷碼是一種循環(huán)二進(jìn)制單位距離碼，主要特點是兩個相鄰數(shù)的代碼只有一位二進(jìn)制數(shù)不同的編碼，格雷碼的處理主要是位操作 Bit Operation，LeetCode中關(guān)于位操作的題也挺常見，比如 Repeated DNA Sequences 求重復(fù)的DNA序列， Single Number 單獨的數(shù)字, 和 Single Number II 單獨的數(shù)字之二等等。三位的格雷碼和二進(jìn)制數(shù)如下：

Int    Grey Code    Binary

0 　　 000        000
1 　　 001        001
2   　　011        010
3   　　010        011
4   　　110        100
5   　　111        101
6   　　101        110
7   　　 100        111

其實這道題還有多種解法。首先來看一種最簡單的，是用到格雷碼和二進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化，明白了轉(zhuǎn)換方法后，這道題完全沒有難度，代碼如下：

解法一：

// Binary to grey code
class Solution {
public:
    vector<int> grayCode(int n) {
        vector<int> res;
        for (int i = 0; i < pow(2,n); ++i) {
            res.push_back((i >> 1) ^ i);
        }
        return res;
    }
};

然后我們來看看其他的解法，參考維基百科上關(guān)于格雷碼的性質(zhì)，有一條是說鏡面排列的，n位元的格雷碼可以從n-1位元的格雷碼以上下鏡射后加上新位元的方式快速的得到。

有了這條性質(zhì)，我們很容易的寫出代碼如下：

解法二：

// Mirror arrangement
class Solution {
public:
    vector<int> grayCode(int n) {
        vector<int> res{0};
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            int size = res.size();
            for (int j = size - 1; j >= 0; --j) {
                res.push_back(res[j] | (1 << i));
            }
        }
        return res;
    }
};

維基百科上還有一條格雷碼的性質(zhì)是直接排列，以二進(jìn)制為0值的格雷碼為第零項，第一項改變最右邊的位元，第二項改變右起第一個為1的位元的左邊位元，第三、四項方法同第一、二項，如此反復(fù)，即可排列出n個位元的格雷碼。根據(jù)這條性質(zhì)也可以寫出代碼，不過相比前面的略微復(fù)雜，代碼如下：

0 0 0
0 0 1
0 1 1
0 1 0
1 1 0
1 1 1
1 0 1
1 0 0

解法三：

// Direct arrangement 
class Solution {
public:
    vector<int> grayCode(int n) {
        vector<int> res{0};
        int len = pow(2, n);
        for (int i = 1; i < len; ++i) {
            int pre = res.back();
            if (i % 2 == 1) {
                pre = (pre & (len - 2)) | ((~pre) & 1);
            } else {
                int cnt = 1, t = pre;
                while ((t & 1) != 1) {
                    ++cnt;
                    t >>= 1;
                }
                if ((pre & (1 << cnt)) == 0) pre |= (1 << cnt);
                else pre &= ~(1 << cnt);
            }
            res.push_back(pre);
        }
        return res;
    }
};

上面三種解法都需要事先了解格雷碼及其性質(zhì)，假如我們之前并沒有接觸過格雷碼，那么我們其實也可以用比較笨的方法來找出結(jié)果，比如下面這種方法用到了一個set來保存已經(jīng)產(chǎn)生的結(jié)果，我們從0開始，遍歷其二進(jìn)制每一位，對其取反，然后看其是否在set中出現(xiàn)過，如果沒有，我們將其加入set和結(jié)果res中，然后再對這個數(shù)的每一位進(jìn)行遍歷，以此類推就可以找出所有的格雷碼了，參見代碼如下：

解法四：

class Solution {
public:
    vector<int> grayCode(int n) {
        vector<int> res;
        unordered_set<int> s;
        helper(n, s, 0, res);
        return res;
    }
    void helper(int n, unordered_set<int>& s, int out, vector<int>& res) {
        if (!s.count(out)) {
            s.insert(out);
            res.push_back(out);
        }
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            int t = out;
            if ((t & (1 << i)) == 0) t |= (1 << i);
            else t &= ~(1 << i);
            if (s.count(t)) continue;
            helper(n, s, t, res);
            break;
        }
    }
};

既然遞歸方法可以實現(xiàn)，那么就有對應(yīng)的迭代的寫法，當(dāng)然需要用stack來輔助，參見代碼如下：

解法五：

class Solution {
public:
    vector<int> grayCode(int n) {
        vector<int> res{0};
        unordered_set<int> s;
        stack<int> st;
        st.push(0);
        s.insert(0);
        while (!st.empty()) {
            int t = st.top(); st.pop();
            for (int i = 0; i < n; ++i) {
                int k = t;
                if ((k & (1 << i)) == 0) k |= (1 << i);
                else k &= ~(1 << i);
                if (s.count(k)) continue;
                s.insert(k);
                st.push(k);
                res.push_back(k);
                break;
            }
        }
        return res;
    }
};

到此這篇關(guān)于C++實現(xiàn)LeetCode(89.格雷碼)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++實現(xiàn)格雷碼內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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