每日算法之二十:Generate Parentheses

本文介绍了一个算法问题,即给定一个正整数n,生成所有可能的由n对括号组成的正确括号字符串。文章详细解释了如何通过递归方法构建解决方案,并提供了具体的C++代码实现。

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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:

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

给出数字n,求出所有合法的表达式。

我们用二叉树形象的表示这种关系。然后再把二叉树转化为代码的形式。因为二叉树的定义就是递归定义的,因此本题很明显应该使用递归的形式。


从上面的图片中我们可以很明显的看到,最后五条画黑线的就是最终的结果,其中左分支都是添加左括号,又分支都是添加右括号。

那么我们在什么情况下添加左括号呢?很明显,最多能添加n个左括号,在递归调用的时候,在能传递到最底层的共用字符串中先添加"(",然后left-1,递归调用就可以。

那什么时候添加右括号呢?当左括号个数大于右括号的个数时添加右括号。

那我们是先添加右括号还是先添加左括号呢?对于这个问题,认真想想其实是无所谓的,只会影响在vector中最后字符串的顺序而已。

下面是代码,难度主要在以下几个方面:

1.想到二叉树,想到递归实现。

2.递归函数的参数形式要考虑清楚才可以。

<span style="font-size:18px;">class Solution {
public:
   void dfs(vector<string> & resi,string temp,int left,int right)
    {
        if(left == 0 && right == 0)
        {
            resi.push_back(temp);
            return;
        }
        if(left>0)
            dfs(resi,temp+"(",left-1,right);
        if(left<right)
            dfs(resi,temp+")",left,right-1);
    }
    vector<string> generateParenthesis(int n) {
        vector<string> resi;
        if(n == 0)
            return resi;
        dfs(resi,"",n,n);
        return resi;
    }
    
};</span>







#include <cassert> /// for assert #include <iostream> /// for I/O operation #include <vector> /// for vector container /** @brief Backtracking algorithms @namespace backtracking / namespace backtracking { /* @brief generate_parentheses class */ class generate_parentheses { private: std::vectorstd::string res; ///< Contains all possible valid patterns void makeStrings(std::string str, int n, int closed, int open); public: std::vectorstd::string generate(int n); }; /** @brief function that adds parenthesis to the string. @param str string build during backtracking @param n number of pairs of parentheses @param closed number of closed parentheses @param open number of open parentheses */ void generate_parentheses::makeStrings(std::string str, int n, int closed, int open) { if (closed > open) // We can never have more closed than open return; if ((str.length() == 2 * n) && (closed != open)) { // closed and open must be the same return; } if (str.length() == 2 * n) { res.push_back(str); return; } makeStrings(str + ')', n, closed + 1, open); makeStrings(str + '(', n, closed, open + 1); } /** @brief wrapper interface @param n number of pairs of parentheses @return all well-formed pattern of parentheses */ std::vectorstd::string generate_parentheses::generate(int n) { backtracking::generate_parentheses::res.clear(); std::string str = “(”; generate_parentheses::makeStrings(str, n, 0, 1); return res; } } // namespace backtracking /** @brief Self-test implementations @returns void */ static void test() { int n = 0; std::vectorstd::string patterns; backtracking::generate_parentheses p; n = 1; patterns = {{“()”}}; assert(p.generate(n) == patterns); n = 3; patterns = {{“()()()”}, {“()(())”}, {“(())()”}, {“(()())”}, {“((()))”}}; assert(p.generate(n) == patterns); n = 4; patterns = {{“()()()()”}, {“()()(())”}, {“()(())()”}, {“()(()())”}, {“()((()))”}, {“(())()()”}, {“(())(())”}, {“(()())()”}, {“(()()())”}, {“(()(()))”}, {“((()))()”}, {“((())())”}, {“((()()))”}, {“(((())))”}}; assert(p.generate(n) == patterns); std::cout << “All tests passed\n”; } /** @brief Main function @returns 0 on exit */ int main() { test(); // run self-test implementations return 0; } 在这段代码的基础上为C++初学者出几个练习题?
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03-08
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