22. Generate Parentheses[M]

问题

Given n pairs of parentheses, write a function to generate all combinations of well-formed parentheses.

For example, given n = 3, a solution set is:

"((()))", "(()())", "(())()", "()(())", "()()()"

思路1——DP

设:P[i]表示当n=i的时候括号组合串。 观察规律:我们知道,要形成一个括号的组合,肯定不是凭空产生的,产生一个P[3]的组合,那肯定是把"("和")"分别插在P[2]中间的。

Alt text

我们假设产生P[3]组合的时候,之前的组合都是正确的,那么通过插入"(",")"肯定会把P[2]分成两个部分(括号内一个,括号外一个)

看似好像有很多插入的方法,但是,其实仔细想想,反正"("得增加一个,由于括号组合的第一一定是"(",为什么不把新增的"("放在开头呢?这样我们就只用考虑")"了

会怎么把P[2]切割就好了,我们知道P[2]的组合有P[0]+P[2],P[1]+P[1],P[2]+P[0],

Alt text

通过写出前几个可以观察到下面的规律 P[0]= [""] P[1] = [()] = "("+P[0]+")"+P[0] P[2] = [()(),(())] = "("+P[0]+")"+P[1] , "("+P[1]+")" +P[0] P[3] = [()()(),()(()),(())(),(()()),((()))] = "("+P[0]+")"+P[2] , "("+P[1]+")"+P[1], "("+P[2]+")" +P[0]

我们可以知道了组合方式:

  • P[i] = "("+P[i-j-1]+")"+P[j] ($j \in [0,n-1]$)

public class Solution {
    public List<String> generateParenthesis(int n) {
        List<List<String>> result = new ArrayList<List<String>>();
        //初始化P[0] = ""
        result.add((List<String>)Arrays.asList(new String []{""}));       
        for(int i=1;i <= n;i++)
        {
            result.add(new ArrayList<>());
            for(int j = 0; j < i;j++)
            {
                //获取P[k]
                for (String s1 : result.get(j)) {
                    //获取P[i-j-1]
                    for(String s2 : result.get(i-j-1))
                    {
                         result.get(i).add("(" + s1 + ")" + s2);
                    }
                }
            }
        }
        return result.get(n);
    }
}

思路2:回溯

假设我能枚举所有的情况,我们考虑合理的括号组合是什么样的:

  1. 左括号数==右括号数
  2. 左括号一定要先于右括号

所以我们可以用一个大数组来表示字符串,2个指针left,right来表示左右括号,我们递归遍历所有情况,把满足条件的情况加入list就行了。

public class Solution {
    public List<String> generateParenthesis(int n) {
        LinkedList<String> result = new LinkedList<String>();
        if(n== 0)   return result;
        backtracing(result,0,0,"",n);
        return result;
    }
    void backtracing(LinkedList<String> result, int left, int right, String par, int max)
    {
        if(par.length() == 2*max)
        {
            result.add(par);
            return;
        }
        if(left < max)
            backtracing(result,left+1,right,par+'(',max);
        if(right < left)
            backtracing(result,left,right+1,par+')',max);    
    }

}

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