89. Gray Code

题目：

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.

解题思路：

格雷码(Gray Code)是一个数列集合，每个数使用二进位来表示，假设使用n位元来表示每个数字，任两个数之间只有一个位元值不同。
例如以下为3位元的格雷码： 000 001 011 010 110 111 101 100 。
如果要产生n位元的格雷码，那么格雷码的个数为2^n.

假设原始的值从0开始，格雷码产生的规律是：第一步，改变最右边的位元值；第二步，改变右起第一个为1的位元的左边位元；第三步，第四步重复第一步和第二步，直到所有的格雷码产生完毕（换句话说，已经走了(2^n) - 1 步）。

用一个例子来说明：
假设产生3位元的格雷码，原始值位 000
第一步：改变最右边的位元值： 001
第二步：改变右起第一个为1的位元的左边位元： 011

第三步：改变最右边的位元值： 010
第四步：改变右起第一个为1的位元的左边位元： 110

第五步：改变最右边的位元值： 111
第六步：改变右起第一个为1的位元的左边位元： 101
第七步：改变最右边的位元值： 100

如果按照这个规则来生成格雷码，是没有问题的，但是这样做太复杂了。如果仔细观察格雷码的结构，我们会有以下发现：
1、除了最高位（左边第一位），格雷码的位元完全上下对称（看下面列表）。比如第一个格雷码与最后一个格雷码对称（除了第一位），第二个格雷码与倒数第二个对称，以此类推。
2、最小的重复单元是 0 , 1。

000

001

011

010

110

111

101

100

所以，在实现的时候，我们完全可以利用递归，在每一层前面加上0或者1，然后就可以列出所有的格雷码。
比如：
第一步：产生 0, 1 两个字符串。
第二步：在第一步的基础上，每一个字符串都加上0和1，但是每次只能加一个，所以得做两次。这样就变成了 00,01,11,10 （注意对称）。
第三步：在第二步的基础上，再给每个字符串都加上0和1，同样，每次只能加一个，这样就变成了 000,001,011,010,110,111,101,100。
好了，这样就把3位元格雷码生成好了。
如果要生成4位元格雷码，我们只需要在3位元格雷码上再加一层0,1就可以了： 0000,0001,0011,0010,0110,0111,0101,0100,1100,1101,1110,1010,0111,1001,1000.

也就是说，n位元格雷码是基于n-1位元格雷码产生的。

如果能够理解上面的部分，下面部分的代码实现就很容易理解了。

class Solution {
public:
vector<string> getGray(int n){
vector<string> gray(pow(2,n));

if(n==1)
{
gray[0] = "0";
gray[1] = "1";
return gray;
}
else
{
vector<string>  before = getGray(n-1);
for(int i=0;i<before.size();i++)
{
gray[i] = "0"+before[i];
gray[pow(2,n)-1-i] = "1"+before[i];
}
return gray;
}
}
int biTodec(string s){
int ans = 0;
for(int i=0;i<s.size();i++)
ans = 2*ans + (s[i]-'0');
return ans;
}

vector<int> grayCode(int n) {
vector<int> res;
if(n==0)
{
res.push_back(0);
return res;
}
vector<string> gray = getGray(n);
for(int i=0;i<gray.size();i++)
res.push_back(biTodec(gray[i]));
return res;
}
};