【代码+详解】算法题 : 括号匹配问题

❗❗❗必看:
下列题我全部都使用 Java 语言写的,并且均可以提交成功,获得Accepted 结果的. 如果代码和详解看了之后,对答案有任何疑问,都可以在评论区提出来,我都会一个一个回答.

❗❗❗感谢大家的支持,如果喜欢我的博客,关注 点赞 收藏 评论一波,非常感谢!!!

题目:括号匹配问题

在某个字符串（长度不超过100）中有左括号、右括号和大小写字母；规定（与常见的算数式子一样）任何一个左括号都从内到外与在它右边且距离最近的右括号匹配。写一个程序，找到无法匹配的左括号和右括号，输出原来字符串，并在下一行标出不能匹配的括号。不能匹配的左括号用"$“标注,不能匹配的右括号用”?"标注.

Input

输入包括多组数据，每组数据一行，包含一个字符串，只包含左右括号和大小写字母，字符串长度不超过100
注意：cin.getline(str,100)最多只能输入99个字符！

Output

对每组输出数据，输出两行，第一行包含原始输入字符，第二行由"“,”?“和空格组成，”“,”?“和空格组成，”“和”?"表示与之对应的左括号和右括号不能匹配。

---

测试样例

输入

((ABCD(x)
)(rttyy())sss)(

输出

((ABCD(x)
$$
)(rttyy())sss)(
? ?$

---

代码

import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;

public class Main{
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        
        while(scanner.hasNextLine()) {
        	String input = scanner.nextLine();
            Stack<Integer> stack = new Stack<>();
            char[] chars = input.toCharArray();
            StringBuilder marks = new StringBuilder();
        	
        	//初始标记marks所有的值为一个空格值
        	for(int i=0;i<chars.length;i++) {
        		   marks.append(' ');
        	}
        	
        	//遍历字符串,找出无法匹配的括号
        	for(int i  = 0;i<chars.length;i++) {
        		if(chars[i]=='('){
        			stack.push(i);
        		}else if(chars[i]==')') {
        			if(stack.isEmpty()) {
        				marks.setCharAt(i, '?');
        			}else {
        				stack.pop();
        			}
        		}
        	}
        	
        	//找出栈中所有的左括号
        	while(!stack.isEmpty()) {
        		marks.setCharAt(stack.pop(),'$');
        	}
        
        System.out.println(input);
        System.out.println(marks.toString());
        }
        scanner.close();
    }
}

---

详解

初步思路

使用栈数据结构来匹配括号，因为栈遵循后进先出（LIFO）的特性，适合处理这种成对出现的问题。

具体步骤

1. 初始化：创建一个栈来存储左括号的位置，并创建一个字符串构建器来标记无法匹配的括号，初始标记为所有空格。
2. 遍历字符串：
   • 遇到左括号时，将其索引压入栈中。
   • 遇到右括号时，检查栈是否为空：
     • 如果栈不为空，则弹出栈顶元素（表示一个左括号和当前右括号匹配）。
     • 如果栈为空，则说明当前右括号没有匹配的左括号，用 ? 标记该位置。
3. 处理剩余的左括号：
   • 遍历栈中剩余的左括号索引，将这些位置用 $ 标记，表示这些左括号没有匹配的右括号。
4. 输出结果：
   • 输出原始输入字符串。
   • 输出标记字符串，标记字符串中显示无法匹配的括号位置。

总结方法

通过栈数据结构，我们可以方便地跟踪括号匹配问题。每次遇到右括号时，检查栈顶的左括号是否匹配。如果匹配，则弹出栈顶元素；否则，标记当前右括号为未匹配。最终处理栈中剩余的左括号，标记为未匹配。这个方法具有启发性，可以扩展到其他需要成对匹配的数据结构问题中。