「力扣」20. 有效的括号

力扣:有效括号匹配算法解析
本文介绍了解决有效括号匹配问题的两种方法,一种使用栈实现,另一种利用哈希映射。主要讲述了如何通过遍历输入字符串并利用数据结构来检查括号是否有效,以及两种解法的时间和空间复杂度分析。

「力扣」20. 有效的括号

题目描述

给定一个只包括 '('')''{''}''['']' 的字符串 s ,判断字符串是否有效。

有效字符串需满足:

  1. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
  2. 左括号必须以正确的顺序闭合。
  3. 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

示例 1:

输入: s = "()"
输出: true

示例 2:

输入: s = "()[]{}"
输出: true

示例 3:

输入: s = "(]"
输出: false

提示:

  • 1 <= s.length <= 104
  • s 仅由括号 '()[]{}' 组成

题解

解法1

该题是典型的使用栈来解决的算法题,具体如何解决呢?我们以如下例子说明,字符串是{[()]}肯定是有效的括号,从左到右依次循环,如果字符是左括号(({[)则直接压入栈(因为后面可能会有匹配的右括号),如果是右括号()}]), 则用与之匹配的左括号与栈顶元素进行比较(此时不能弹栈!!!),如果相等则弹栈(弹栈是为了后续字符与栈顶元素比较),如果栈是空的,或者当前元素与栈顶元素不相等,则直接返回false。

代码如下:

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        if (s.length() % 2 == 1) {
            return false;
        }
        // 定义一个栈帧
        Deque<Character> stack = new LinkedList<>();
        // 循环
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            // 如果是左侧括号(、[、{,那么就将其放入栈中。
            if (c == '(' || c == '[' || c == '{') {
                stack.push(c);
            } else {
                char o = 0;
                if (c == ')') {
                    o = '(';
                }
                if (c == ']') {
                    o = '[';
                }
                if (c == '}') {
                    o = '{';
                }
                if (stack.isEmpty() || o != stack.peek()) {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            }

        }
        return stack.isEmpty();
    }
}

提交结果:

image.png

时间击败98.58%的java用户,空间击败了52.14%的java用户。
时间复杂度是O(n),空间复杂度是O(n)


看了下官方题解,我与官方思想基本一致,只不过官方通过hashmap,存储右括号与左括号的匹配关系。

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        int n = s.length();
        if (n % 2 == 1) {
            return false;
        }

        Map<Character, Character> pairs = new HashMap<Character, Character>() {{
            put(')', '(');
            put(']', '[');
            put('}', '{');
        }};
        Deque<Character> stack = new LinkedList<Character>();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            char ch = s.charAt(i);
            if (pairs.containsKey(ch)) {
                if (stack.isEmpty() || stack.peek() != pairs.get(ch)) {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            } else {
                stack.push(ch);
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}

运行结果如下:

image.png

效率不如我上面的代码,但是代码更少,更简洁写。

力扣有效括号问题通常包含“有效括号”(LeetCode20题)和“最长有效括号”(LeetCode第32题)两个常见问题,以下是这两个问题的C语言解决方案: ### 有效括号LeetCode20题) 该问题要求判断给定的只包含 `(`, `)`, `{`, `}`, `[`, `]` 的字符串是否有效有效字符串需满足左括号必须用相同类型的右括号闭合,且左括号必须以正确的顺序闭合,每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号 [^2]。 ```c bool isValid(char * s){ char stack[10240]; int i = 1; stack[0] = '0'; while(*s!='\0'){ if(*s=='(' || *s=='[' || *s=='{'){ stack[i++] = *s; } else if(*s==')' ){ if(stack[i-1]!='(' ) return false; else i--; } else if(*s==']'){ if(stack[i-1]!='[' ) return false; else i--; } else if(*s=='}'){ if(stack[i-1]!='{' ) return false; else i--; } s++; } if(i==1) return true; else return false; } ``` ### 最长有效括号LeetCode第32题) 此问题需要找出给定字符串中最长的有效括号子串的长度。 #### 方法一:两次遍历法 ```c #include <stdio.h> #include <string.h> int main(void) { int i, ilen, imax = 0, ileft = 0, iright = 0; char str[100001] = { 0 }; scanf("%s", str); ilen = strlen(str); // 从左往右匹配 for (i = 0; i < ilen; i++) { if (str[i] == '(') { ileft++; } else if (str[i] == ')') { iright++; if (ileft == iright) { imax = ileft > imax ? ileft : imax; } else if (iright > ileft) { ileft = 0; iright = 0; } } } ileft = 0; iright = 0; // 从右往左匹配 for (i = ilen - 1; i >= 0; i--) { if (str[i] == ')') { iright++; } else if (str[i] == '(') { ileft++; if (ileft == iright) { imax = ileft > imax ? ileft : imax; } else if (ileft > iright) { ileft = 0; iright = 0; } } } printf("%d\n", 2 * imax); return 0; } ``` #### 方法二:动态规划法 ```c int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; } int longestValidParentheses(char* s) { const int len = strlen(s); if (!len) { return 0; } int dp[len]; memset(dp, 0, sizeof(dp)); int maxLen = 0; for (int i = 1; i < len; i++) { if (s[i] == ')') { int preIndex = i - 1 - dp[i - 1]; if (preIndex >= 0 && s[preIndex] == '(') { dp[i] = dp[i - 1] + 2 + (preIndex - 1 >= 0 ? dp[preIndex - 1] : 0); maxLen = max(maxLen, dp[i]); } } } return maxLen; } ```
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