32. Longest Valid Parentheses

本文介绍两种解决最长有效括号问题的方法:一是使用栈来跟踪括号的有效性;二是采用一维动态规划逆向求解。这两种方法均适用于寻找字符串中最长的有效括号序列。

方法1:

使用栈

struct P{
    int s,e;
    P(int l,int r):s(l),e(r){}
};
class Solution {
public:
    int longestValidParentheses(string s) {
        stack<int> st;
        stack<P> vs;
        stack<P> ans;
        int len=s.size();
        for(int i=0;i<len;i++)
        {
            if(s[i]=='(')
                st.push(i);
            else
            {
                if(!st.empty())
                {
                    P p(st.top(),i);
                    vs.push(p);
                    st.pop();
                }
            }
        }
        while(!vs.empty())
        {
            P t=vs.top();
            vs.pop();
            while(!vs.empty())
            {
                P p=vs.top();
                vs.pop();
                if(p.e+1==t.s)
                    t.s=p.s;
                else if(p.e+1<t.s)
                {
                    vs.push(p);
                    break;
                }
            }
            ans.push(t);
        }
        
        int max_len=0;
        while(!ans.empty())
        {
            P p=ans.top();
            ans.pop();
            len=p.e-p.s+1;
            max_len=max_len>len?max_len:len;
        }
        return max_len;
    }
};

方法2:

使用一维动态规划逆向求解

class Solution {
public:
    int longestValidParentheses(string s) {
        int n=s.size();
        int dp[n];
        memset(dp,0,sizeof(dp));
        int i,j,mx=0;
        if(n<2)
            return 0;
        for(i=n-2;i>=0;i--)
        {
            if(s[i]=='(')
            {
                j=i+1+dp[i+1];
                
                if(j<n&&s[j]==')')
                {
                    dp[i]=dp[i+1]+2;
                    if(j+1<n)
                        dp[i]+=dp[j+1];
                }
                mx=max(mx,dp[i]);
            }
        }
        return mx;
    }
};


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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