Gray Code实现按序产生集合的所有子集

简介

Gray Code,是几十年前贝尔实验室的科学家Frank Gray提出的一种编码方案,当时主要用于传输信号以防止出错。Gray Code 除了在通信,硬件设计领域中应用以外,在计算机相关科学的其他方面也有广泛的应用,例如按序产生集合的所有子集。


Gray Code实现按序产生集合的所有子集

子集的按序产生,这个概念很简单,举个例子,假设我们的集合为{a,b,c},那么按序产生的子集应该是:

空集 (000)   ——   0(编号 从0开始按顺序排序)

a (100)        ——   1

ab  (110)     ——   2

abc   (111)  ——   3

ac

b

bc

c


那么Gray Code是如何产生这样的序列的呢? 

Gray Code的思想非常的巧妙,我们可以将所产生的子集编号(范围为0~2^n-1),第一个子集为空集(编号为0,是偶数)。在其后的每个子集由前一个子集来决定,如果前一个子集编号为偶数,那么则改变前一个子集的第一位(从左边数)的二进制值(0变成1或者1变成0)作为新的子集。如果前一个子集的编号为奇数,那么就将前一个子集二进制左边数第一个1后面的那位改变其值(0变成1或者1变成0)作为新的子集。

根据上面的Gray Code的思想,还是以集合{a,b,c}为例,第一个子集(000)的编号为0(偶数),推算出第二个子集是第一个子集改变左边数的第一位的数值所产生,为100,也就是a(只取为1的字符,a为最左边的字符对应100中的1)。那么根据第二个子集的编号1(奇数),推算出第三个子集是由第二个子集改变从左数第一个1后面那一位的值所产生(100->110),那么110对应的是ab。后面的子集都以此类推即可全部按顺序产生。


Gray Code非递归的C语言实现

以下代码在VS2008下调试通过


int sum(int n)
{
    if(1<=n) return n+sum(n-1);
    else return 0;
}

void gray(char *ptr)
{
    int len=strlen(ptr);
    int num=(1<<len);
//    printf("num=%d  \n",num);
    int i,j,k;
    int mod,tmp,mask,tmp1,tmp2;
    mask=1<<len-1;
 //   printf("mask=%d  \n",mask);
    mod=0;//(1<<len)-1;
    for(i=0;i<num-1;i++)
    {
        if(i%2==0)
        {
            tmp=mod&mask;
 //           printf("tmp=%d  ",tmp);
            if(0!=tmp) {mod=mod&(~mask);}
            else {mod=mod|(mask);}
        }
        else
        {
            tmp1=1<<(len-1);
            for(j=0;j<len;j++)
            {
//                printf(" in else");
                if(mod&tmp1) break;
                tmp1=tmp1>>1;
 //               printf("tmp1=%d  ",tmp1);
            }
            tmp1=tmp1>>1;
 //           printf(">>1  tmp1=%d  ",tmp1);
            if(tmp1!=0) 
            {
                tmp=mod&tmp1;
                if(0!=tmp) {mod=mod&(~tmp1);}
                else {mod=mod|(tmp1);}
            }
        }
        tmp2=1<<len-1;
        for(k=0;k<len;k++)
        {
            if(mod&tmp2) printf("%c",ptr[k]);
            tmp2=tmp2>>1;
        }
        printf("\n");
    }
}

int main()
{
//    printf("  result=%d ",sum(4));
    char *p="abcd";
    gray(p);
    system("pause");
}


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