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leetcode 1001 ~ 1050
花括号展开 II

花括号展开 II

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import java.util.*;
import java.util.stream.*;

/**
 * 思路:
 * 1. 使用流的方式处理字符串的展开。
 * 2. 首先解析表达式,将其拆分成可以单独处理的部分。
 * 3. 递归地处理每一部分并进行排列组合。
 * 4. 将结果转换为有序列表返回。
 */
public class BraceExpansionStream {
    public List<String> braceExpansion(String expression) {
        return expand(expression).stream().sorted().distinct().collect(Collectors.toList());
    }

    private List<String> expand(String expr) {
        if (expr.isEmpty()) return Collections.emptyList();
        if (expr.charAt(0) != '{') return Arrays.asList(expr);
        List<String> result = new ArrayList<>();
        int level = 0, start = 1;
        for (int i = 1; i < expr.length(); i++) {
            if (expr.charAt(i) == '{') level++;
            if (expr.charAt(i) == '}') level--;
            if (level == 0 && (expr.charAt(i) == ',' || i == expr.length() - 1)) {
                List<String> subset = expand(expr.substring(start, i));
                result.addAll(subset);
                start = i + 1;
            }
        }
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {
        BraceExpansionStream bes = new BraceExpansionStream();
        System.out.println(bes.braceExpansion("{a,b}{c,{d,e}}")); // Output: [ac, ad, ae, bc, bd, be]
    }
}

解释

方法:

本题解采用递归与分治的方法来处理花括号表达式的展开。首先,通过遍历输入字符串,使用一个栈结构来处理花括号的嵌套。遇到'{'时,增加嵌套级别;遇到'}'时,减少嵌套级别。当嵌套级别为0时,表示当前读到的字符属于最外层。使用一个列表`groups`来存储当前层级的字符串或子表达式的列表。如果遇到逗号','且处于最外层,将开始一个新的子表达式组。当遇到'}'且嵌套级别回到0时,递归处理这部分子表达式。对于每一个最外层的表达式组,使用`itertools.product`来生成所有可能的字符串组合,然后通过集合去重。最后,将结果排序后返回。

时间复杂度:

O(2^n)(n 是表达式长度,指数级复杂度是假设每个表达式都可能引发大量的字符串组合生成)

空间复杂度:

O(n^2)(n 是表达式的长度,考虑到递归的深度和每层可能存储的元素数量)

代码细节讲解

🦆
在处理花括号展开时,代码中使用栈结构来跟踪嵌套级别。请问为什么选择使用栈来管理嵌套,有什么特定的优势吗?
使用栈来管理嵌套级别的主要优势在于其能够自然地处理嵌套结构和匹配的开闭花括号,这是因为栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构。在解析具有层次结构的表达式时,栈可以帮助我们记录当前的嵌套深度和回溯到先前的状态。每当遇到一个开花括号'{',我们就推入栈增加嵌套层级,遇到闭花括号'}'时,栈弹出帮助我们恢复到上一层,从而有效地处理和构建每一层的表达式内容。
🦆
题解中提到使用`itertools.product`来生成所有可能的字符串组合,这种方法在面对大量组合时效率如何?是否有可能导致性能瓶颈?
使用`itertools.product`可以高效地生成所有可能的字符串组合,因为它是专为笛卡尔积设计的。然而,当输入数据包含大量元素和组合时,生成的组合数量将呈指数增长,这可能导致内存使用高昂甚至耗尽内存,从而成为性能瓶颈。在实际应用中,需要注意输入大小和结果集的可管理性,有时可能需要优化或限制输入规模以避免低效运算。
🦆
题解中如何处理连续的逗号或者不平衡的花括号,例如'{a,,b}'或者'{a,{b,c}',这种情况在代码中如何识别和处理?
题解中的代码没有特别处理连续的逗号或者不平衡的花括号,这可能导致运行时错误或者意外的行为。在实际应用中,应该添加错误检测和处理逻辑来识别这些情况。例如,可以在解析时检查连续的逗号并跳过,或者在发现不平衡的花括号时抛出异常或进行错误处理。这需要额外的代码来增强鲁棒性和错误处理能力。

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