探索有效括号嵌套的奥秘：LeetCode 20 - 有效的括号 Valid Parentheses

2023-12-07 15:47:54

LeetCode 20：有效的括号 Valid Parentheses

前言

在编码实践和编程面试中，有效括号检查是一道经典问题，其考察重点在于字符串处理能力和逻辑思维能力。本篇文章将深入剖析LeetCode 20 - 有效的括号 Valid Parentheses 这道题，从理解题意、设计算法、优化实现到代码演示，逐步为你揭示问题的解决之道。

理解题意

LeetCode 20 - 有效的括号 Valid Parentheses 要求你判断一个由括号组成的字符串是否合法。所谓合法，是指括号必须成对出现，并且匹配顺序也必须正确。这六种括号及其对应的匹配对分别是：

小括号：'(' 和 ')'
中括号：'{' 和 '}'
方括号：'[' 和 ']'

算法设计

要解决这个问题，我们不妨使用栈（Stack）数据结构来辅助。栈是一种先进后出（First-In-Last-Out, FILO）的线性数据结构，它按照后进先出的原则对元素进行存储和访问。

具体算法步骤如下：

初始化一个栈，用于存储当前遇到的左括号。
遍历字符串中的每个字符。
如果当前字符是左括号，则将其压入栈中。
如果当前字符是右括号，则从栈顶弹出左括号进行匹配。
如果栈顶没有左括号可以匹配，则说明括号不匹配，返回 false。
如果遍历完整个字符串，栈中还有未匹配的左括号，则说明括号不匹配，返回 false。

优化实现

为了进一步优化算法的效率，我们可以使用哈希表（Hash Table）来存储括号及其对应的匹配对。这样，当遇到右括号时，我们可以通过哈希表快速找到它的匹配左括号，避免了遍历整个栈的开销。

代码演示

def is_valid_parentheses(s):
    # 初始化栈和哈希表
    stack = []
    bracket_pairs = {')': '(', '}': '{', ']': '['}

    # 遍历字符串
    for char in s:
        # 如果是左括号，则压入栈中
        if char in bracket_pairs.values():
            stack.append(char)
        # 如果是右括号，则从栈顶弹出左括号进行匹配
        elif char in bracket_pairs.keys():
            if not stack or stack.pop() != bracket_pairs[char]:
                return False
        # 其他字符忽略

    # 遍历完字符串后，如果栈中还有未匹配的左括号，则说明括号不匹配
    return not stack

# 测试用例
test_cases = [
    '()',
    '[]{}',
    '([{}])',
    '{[()]',
    ')]'
]

# 运行测试用例
for test_case in test_cases:
    print(f'Is "{test_case}" valid? {is_valid_parentheses(test_case)}')