32. Longest Valid Parentheses

本文介绍了一种使用动态规划解决最长有效括号子串问题的方法。通过逆向思考,从字符串末尾开始,找到最长的有效括号组合。具体实现中,采用了一个dp数组来记录每个位置开始到字符串末尾的最长有效括号长度。

Longest Valid Parentheses

Given a string containing just the characters ‘(’ and ‘)’, find the length of the longest valid (well-formed) parentheses substring.

For “(()”, the longest valid parentheses substring is “()”, which has length = 2.

Another example is “)()())”, where the longest valid parentheses substring is “()()”, which has length = 4.

解题思路:这道题有多种方法可以做,最后采用了动态规划。但普通的动态规划都是向前考虑的,这道题是向后考虑的,可以说是逆向的。比如普通动态规划dp[i]应该是从位置0~i的最长有效括号长度,而这道题的dp[i]表示的是从i到length-1的最长有效括号长度。
因此i从后往前推,若s[i]=’(‘,则匹配的右括号位置end应该是i + dp[i + 1] + 1,若该位置确实是右括号则dp[i] = dp[i + 1] + 2,另外为了计算连续的有效括号长度需要加上dp[end + 1]。

代码:

class Solution {
public:
    int longestValidParentheses(string s) {
        int len = s.length();
        int *dp = new int[len];
        memset(dp,0,len*sizeof(int));
        for (int i = len - 2; i >= 0; i--) {
            if (s[i] == '(') {
                int end = i + dp[i + 1] + 1;
                if (end<len && s[end] == ')') {
                    dp[i] = dp[i + 1] + 2;
                    if (end<len - 1) {
                        dp[i] += dp[end + 1];
                    }
                }
            }
        }
        int maxLen = 0;
        for (int i = 0; i<len; i++) {
            if (dp[i]>maxLen)
                maxLen = dp[i];
        }
        return sizeof(dp);
        delete[]dp; 
    }
};
最长有效括号子串问题是经典的算法问题,目标是找出一个只包含 `'('` 和 `')'` 的字符串中最长的连续有效括号子串的长度。该问题可以通过多种方法解决,其中使用动态规划(Dynamic Programming)和栈(Stack)是最常见的两种方式。 ### 动态规划方法 动态规划方法通过构建一个 `dp` 数组来记录以每个字符结尾的最长有效子串长度。具体步骤如下: - 初始化一个长度为 `n` 的数组 `dp`,初始值为 0。 - 遍历字符串,当遇到 `')'` 时进行判断: - 如果前一个字符是 `'('`,则判断是否形成 `()` 形式的有效括号,若成立,则更新当前 `dp[i]`。 - 如果前一个字符是 `')'`,则检查是否存在嵌套的有效括号结构,并更新当前 `dp[i]`。 ```c #include <stdio.h> #include <string.h> int longestValidParentheses(char* s) { int n = strlen(s); int dp[n]; memset(dp, 0, sizeof(dp)); int maxLen = 0; for (int i = 1; i < n; i++) { if (s[i] == ')') { if (s[i - 1] == '(') { dp[i] = (i >= 2 ? dp[i - 2] : 0) + 2; } else if (i - dp[i - 1] > 0 && s[i - dp[i - 1] - 1] == '(') { dp[i] = dp[i - 1] + ((i - dp[i - 1] >= 2) ? dp[i - dp[i - 1] - 2] : 0) + 2; } maxLen = (dp[i] > maxLen) ? dp[i] : maxLen; } } return maxLen; } ``` ### 栈方法 栈方法通过维护一个栈来记录括号的索引,用于判断括号是否匹配并计算有效长度。具体步骤如下: - 初始化一个栈,初始时压入 `-1` 作为基准值。 - 遍历字符串,遇到 `'('` 时压入栈。 - 遇到 `')'` 时弹出栈顶元素,如果栈为空,则压入当前索引;否则计算当前索引与栈顶元素的差值,更新最大长度。 ```c #include <stdio.h> #include <string.h> #define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) int longestValidParentheses(char* s) { int n = strlen(s); int stack[n + 1]; int top = 0; stack[0] = -1; int maxLen = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { if (s[i] == '(') { stack[++top] = i; } else { top--; if (top == -1) { stack[++top] = i; } else { maxLen = MAX(maxLen, i - stack[top]); } } } return maxLen; } ``` ### 复杂度分析 - **时间复杂度**:两种方法均为 $O(n)$,其中 $n$ 是字符串的长度。 - **空间复杂度**: - 动态规划方法为 $O(n)$,需要额外的 `dp` 数组。 - 栈方法为 $O(n)$,需要额外的栈空间。 ### 应用场景 - **动态规划**:适用于对内存使用要求不高的场景,且需要快速实现。 - **栈方法**:适用于内存敏感的场景,且需要高效处理嵌套结构的问题。
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