python-leetcode 48.括号生成

题目:

数字n代表生成括号的对数,设计一个函数,用于生成所有可能并且有效的括号组合。


方法一:回溯

可以生成所有 2**2n 个 '(' 和 ')' 字符构成的序列,然后检查每一个是否有效即可

为了生成所有序列,我们可以使用递归。长度为 n 的序列就是在长度为 n−1 的序列前加一个 '(' 或 ')'。

为了检查序列是否有效,遍历这个序列,并使用一个变量 balance 表示左括号的数量减去右括号的数量。如果在遍历过程中 balance 的值小于零,或者结束时 balance 的值不为零,那么该序列就是无效的,否则它是有效的。

可以只在序列仍然保持有效时才添加 '(' 或 ')',通过跟踪到目前为止放置的左括号和右括号的数目来做到这一点,如果左括号数量不大于 n,我们可以放一个左括号。如果右括号数量小于左括号的数量,我们可以放一个右括号。

python 复制代码
class Solution(object):
    def generateParenthesis(self, n):
        """
        :type n: int
        :rtype: List[str]
        """
        ans=[] #列表,用于存储所有有效的括号组合
        def backtrack(S,left,right):  #递归回溯函数,当前构造的括号序列,当前左括号的数目,当前右括号的数目
            if len(S)==2*n:  #长度达到合法括号的序列
                ans.append(''.join(S))#列表 S 变成字符串,加入列表中
                return
            if left<n:  #当左括号数目不达标时
                S.append("(")
                backtrack(S,left+1,right)  #加入左括号后继续构造
                S.pop()#递归返回后,将最后添加的 ( 移除,恢复原状(回溯)
            if right<left:  #只有 right < left 时,才能添加 ),确保括号序列合法
                S.append(")") #加了一个 ) 之后继续尝试构造
                backtrack(S,left,right+1)
                S.pop() # 将最后添加的 ) 移除,恢复原状
        backtrack([],0,0)
        return ans

时间复杂度:O(​4*n/n**1/2​),在回溯过程中,每个答案需要 O(n) 的时间复制到答案数组中

空间复杂度:O(n)


方法二:按括号序列的长度递归

任何一个括号序列都一定是由 '(' 开头,并且第一个 '(' 一定有一个唯一与之对应的 ')',每一个括号序列可以用 (a)b 来表示,其中 a 与 b 分别是一个合法的括号序列(可以为空)。

生成所有长度为 2n 的括号序列,我们定义一个函数 generate(n) 来返回所有可能的括号序列。那么在函数 generate(n) 的过程中:

需要枚举与第一个 '(' 对应的 ')' 的位置 2i+1

递归调用 generate(i) 即可计算 a 的所有可能性

递归调用 generate(n−i−1) 即可计算 b 的所有可能性

遍历 a 与 b 的所有可能性并拼接,即可得到所有长度为 2n 的括号序列

为了节省计算时间,在每次 generate(i) 函数返回之前,把返回值存储起来,下次再调

用 generate(i) 时可以直接返回,不需要再递归计算

python 复制代码
class Solution(object):
    def generateParenthesis(self, n):
        """
        :type n: int
        :rtype: List[str]
        """
        if n==0:  #没有括号对
                return [""]
        ans=[]
        for c in range(n): #让c在0到n-1之间遍历,表示把 n 对括号分成两部分,左部分:c 对括号;右部分n - 1 - c 对括号
            for left in self.generateParenthesis(c):#递归调用自己,求出 c 对括号的所有可能组合,并把结果赋值给 left,相当于生成左部分括号的所有可能情况
                for right in self.generateParenthesis(n - 1 - c):#生成右部分括号的所有可能情况
                    ans.append('({}){}'.format(left,right)) #负责把 left 和 right 组合
        return ans

时间复杂度:O(​4*n/n**1/2​)

空间复杂度:O(​4*n/n**1/2​)此方法除答案数组外,中间过程中会存储与答案数组同样数量级的临时数组,是所需要的空间复杂度。

源自力扣官方题解

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