Longest Valid Parentheses (求最长有效匹配括号子串的长度)

本文介绍了一种使用一维动态规划逆向求解最长有效括号匹配子串的方法,详细阐述了解决方案的思路及Java实现代码。

题目描述:

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.

翻译:

定一个包含‘)’的字符串,找出最长的有效括号匹配子串的长度。

解法:

这道题可以用一维动态规划逆向求解。假设输入括号表达式为String s,维护一个长度为s.length的一维数组dp[],数组元素初始化为0。 dp[i]表示从s[i]到s[s.length - 1]包含s[i]的最长的有效匹配括号子串长度。则存在如下关系:

  • dp[s.length - 1] = 0;
  • i从n - 2 -> 0逆向求dp[],并记录其最大值。若s[i] == '(',则在s中从i开始到s.length - 1计算dp[i]的值。这个计算分为两步,通过dp[i + 1]进行的(注意dp[i + 1]已经在上一步求解):
    • 在s中寻找从i + 1开始的有效括号匹配子串长度,即dp[i + 1],跳过这段有效的括号子串,查看下一个字符,其下标为j = i + 1 + dp[i + 1]。若j没有越界,并且s[j] == ‘)’,则s[i ... j]为有效括号匹配,dp[i] =dp[i + 1] + 2。
    • 在求得了s[i ... j]的有效匹配长度之后,若j + 1没有越界,则dp[i]的值还要加上从j + 1开始的最长有效匹配,即dp[j + 1]。

Java Code:

public static int longestValidParentheses(String s)
    {
	    int n = s.length();
	    int[] dp = new int[n];
	    java.util.Arrays.fill(dp, 0);
	    int max = 0;
	    for (int i = n - 2; i >= 0; i--) {
	      if (s.charAt(i) == '(') {
	        int j = i + 1 + dp[i + 1];
	        if (j < n && s.charAt(j) == ')') {
	          dp[i] = dp[i + 1] + 2;
	          int k = 0;
	          if (j + 1 < n) {
	            k = dp[j + 1];
	          }
	          dp[i] += k;
	        }
	        max = Math.max(max, dp[i]);
	      }
	    }
	    return max;
    }
修改了原作者的描述更易于理解。源地址:http://blog.youkuaiyun.com/abcbc/article/details/8826782
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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