堆栈详解：LeetCode 394 字符串解码

前端

2024-01-17 23:03:40

栈：计算机科学中的基石

引言

在计算机科学广袤的领域里，数据结构扮演着至关重要的角色。它们就像建筑中的积木，为各种复杂问题的求解奠定了坚实的基础。在众多数据结构中，栈以其独特的先入后出（LIFO）特性脱颖而出，在各种场景下大放异彩。

栈的结构与操作

想象一下现实生活中将盘子叠放在餐桌上，栈的结构与之十分相似。元素按照后进先出的顺序依次排列，就像盘子叠放一样。基于这一特性，栈提供了两个基本操作：

push(item) ：将新元素压入栈顶，就像在盘子上方放一个新盘子。
pop() ：移除并返回栈顶元素，就像从盘子上方取走一个盘子。

LeetCode 394：字符串解码

为了进一步理解栈在实际问题中的应用，让我们以 LeetCode 394 题：字符串解码为例。该题给出了一个经过编码的字符串，要求我们对其进行解码并返回原始字符串。编码规则如下：

数字 k 表示接下来 k 个字符被括号包围的字符串将被重复 k 次。
左括号 "(" 和右括号 ")" 表示一个需要被重复的子字符串。

例如，字符串 "3[a]2[bc]" 解码后变为 "aaabcbc"。

基于栈的解码算法

为了解决这个问题，我们可以巧妙地利用栈来保存待解码的子字符串。算法流程如下：

遍历输入字符串。
如果遇到数字 k，将其压入栈中。
如果遇到左括号 "(", 也将其压入栈中。
如果遇到右括号 ")", 则：
- 弹出栈顶数字 k。
- 弹出左括号 "(".
- 构造子字符串 s，重复栈顶字符串 k 次。
- 将 s 压入栈中。
重复步骤 1-4，直至遍历完整个字符串。
将栈中所有字符串依次连接起来，得到解码后的字符串。

代码实现（Python）

def decodeString(s):
    stack = []
    num = 0
    curr_str = ""
    
    for char in s:
        if char.isdigit():
            num = num * 10 + int(char)
        elif char == "[":
            stack.append(curr_str)
            stack.append(num)
            curr_str = ""
            num = 0
        elif char == "]":
            repeat_times = stack.pop()
            curr_str = stack.pop() + repeat_times * curr_str
        else:
            curr_str += char
    
    return curr_str