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数据结构与算法应用往往隐藏在我们看不到的地方

# 20. 有效的括号

力扣题目链接 (opens new window)

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

有效字符串需满足:

  • 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
  • 左括号必须以正确的顺序闭合。
  • 注意空字符串可被认为是有效字符串。

示例 1:

  • 输入: "()"
  • 输出: true

示例 2:

  • 输入: "()[]{}"
  • 输出: true

示例 3:

  • 输入: "(]"
  • 输出: false

示例 4:

  • 输入: "([)]"
  • 输出: false

示例 5:

  • 输入: "{[]}"
  • 输出: true

# 思路

# 题外话

括号匹配是使用栈解决的经典问题。

题意其实就像我们在写代码的过程中,要求括号的顺序是一样的,有左括号,相应的位置必须要有右括号。

如果还记得编译原理的话,编译器在 词法分析的过程中处理括号、花括号等这个符号的逻辑,也是使用了栈这种数据结构。

再举个例子,linux系统中,cd这个进入目录的命令我们应该再熟悉不过了。

cd a/b/c/../../
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这个命令最后进入a目录,系统是如何知道进入了a目录呢 ,这就是栈的应用(其实可以出一道相应的面试题了)

所以栈在计算机领域中应用是非常广泛的。

有的同学经常会想学的这些数据结构有什么用,也开发不了什么软件,大多数同学说的软件应该都是可视化的软件例如APP、网站之类的,那都是非常上层的应用了,底层很多功能的实现都是基础的数据结构和算法。

所以数据结构与算法的应用往往隐藏在我们看不到的地方!

这里我就不过多展开了,先来看题。

# 进入正题

由于栈结构的特殊性,非常适合做对称匹配类的题目。

首先要弄清楚,字符串里的括号不匹配有几种情况。

一些同学,在面试中看到这种题目上来就开始写代码,然后就越写越乱。

建议要写代码之前要分析好有哪几种不匹配的情况,如果不动手之前分析好,写出的代码也会有很多问题。

先来分析一下 这里有三种不匹配的情况,

  1. 第一种情况,字符串里左方向的括号多余了 ,所以不匹配。 括号匹配1
  2. 第二种情况,括号没有多余,但是 括号的类型没有匹配上。 括号匹配2
  3. 第三种情况,字符串里右方向的括号多余了,所以不匹配。 括号匹配3

我们的代码只要覆盖了这三种不匹配的情况,就不会出问题,可以看出 动手之前分析好题目的重要性。

动画如下:

20.有效括号

第一种情况:已经遍历完了字符串,但是栈不为空,说明有相应的左括号没有右括号来匹配,所以return false

第二种情况:遍历字符串匹配的过程中,发现栈里没有要匹配的字符。所以return false

第三种情况:遍历字符串匹配的过程中,栈已经为空了,没有匹配的字符了,说明右括号没有找到对应的左括号return false

那么什么时候说明左括号和右括号全都匹配了呢,就是字符串遍历完之后,栈是空的,就说明全都匹配了。

分析完之后,代码其实就比较好写了,

但还有一些技巧,在匹配左括号的时候,右括号先入栈,就只需要比较当前元素和栈顶相不相等就可以了,比左括号先入栈代码实现要简单的多了!

实现C++代码如下:

class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
        stack<int> st;
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (s[i] == '(') st.push(')');
            else if (s[i] == '{') st.push('}');
            else if (s[i] == '[') st.push(']');
            // 第三种情况:遍历字符串匹配的过程中,栈已经为空了,没有匹配的字符了,说明右括号没有找到对应的左括号 return false
            // 第二种情况:遍历字符串匹配的过程中,发现栈里没有我们要匹配的字符。所以return false
            else if (st.empty() || st.top() != s[i]) return false;
            else st.pop(); // st.top() 与 s[i]相等,栈弹出元素
        }
        // 第一种情况:此时我们已经遍历完了字符串,但是栈不为空,说明有相应的左括号没有右括号来匹配,所以return false,否则就return true
        return st.empty();
    }
};
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技巧性的东西没有固定的学习方法,还是要多看多练,自己总灵活运用了。

# 其他语言版本

Java:

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        Deque<Character> deque = new LinkedList<>();
        char ch;
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            ch = s.charAt(i);
            //碰到左括号,就把相应的右括号入栈
            if (ch == '(') {
                deque.push(')');
            }else if (ch == '{') {
                deque.push('}');
            }else if (ch == '[') {
                deque.push(']');
            } else if (deque.isEmpty() || deque.peek() != ch) {
                return false;
            }else {//如果是右括号判断是否和栈顶元素匹配
                deque.pop();
            }
        }
        //最后判断栈中元素是否匹配
        return deque.isEmpty();
    }
}
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Python:

# 方法一,仅使用栈,更省空间
class Solution:
    def isValid(self, s: str) -> bool:
        stack = []
        
        for item in s:
            if item == '(':
                stack.append(')')
            elif item == '[':
                stack.append(']')
            elif item == '{':
                stack.append('}')
            elif not stack or stack[-1] != item:
                return False
            else:
                stack.pop()
        
        return True if not stack else False
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# 方法二,使用字典
class Solution:
    def isValid(self, s: str) -> bool:
        stack = []
        mapping = {
            '(': ')',
            '[': ']',
            '{': '}'
        }
        for item in s:
            if item in mapping.keys():
                stack.append(mapping[item])
            elif not stack or stack[-1] != item: 
                return False
            else: 
                stack.pop()
        return True if not stack else False
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Go:

func isValid(s string) bool {
    hash := map[byte]byte{')':'(', ']':'[', '}':'{'}
    stack := make([]byte, 0)
    if s == "" {
        return true
    }

    for i := 0; i < len(s); i++ {
        if s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{' {
            stack = append(stack, s[i])
        } else if len(stack) > 0 && stack[len(stack)-1] == hash[s[i]] {
            stack = stack[:len(stack)-1]
        } else {
            return false
        }
    }
    return len(stack) == 0
}
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Ruby:

def is_valid(strs)
    symbol_map = {')' => '(', '}' => '{', ']' => '['}
    stack = []
    strs.size.times {|i|
        c = strs[i]
        if symbol_map.has_key?(c)
            top_e = stack.shift
            return false if symbol_map[c] != top_e
        else
            stack.unshift(c)
        end
    }
    stack.empty?
end
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Javascript:

var isValid = function (s) {
  const stack = [];
  for (let i = 0; i < s.length; i++) {
    let c = s[i];
    switch (c) {
      case '(':
        stack.push(')');
        break;
      case '[':
        stack.push(']');
        break;
      case '{':
        stack.push('}');
        break;
      default:
        if (c !== stack.pop()) {
          return false;
        }
    }
  }
  return stack.length === 0;
};
// 简化版本
var isValid = function(s) {
    const stack = [], 
        map = {
            "(":")",
            "{":"}",
            "[":"]"
        };
    for(const x of s) {
        if(x in map) {
            stack.push(x);
            continue;
        };
        if(map[stack.pop()] !== x) return false;
    }
    return !stack.length;
};
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