剖析LeetCode算法学习系列--stack--有效括号：栈的精妙应用

前端

2023-10-03 18:31:10

栈的简介

栈是一种先进后出的线性数据结构，遵循“后进先出”（Last In First Out，简写为LIFO）的原则。想象一下，栈就像一个摞着盘子的架子，新的盘子总是放在最上面，而当我们需要取盘子时，我们总是从最上面取。栈具有以下基本操作：

push：将元素压入栈顶
pop：从栈顶弹出元素
peek：查看栈顶元素
isEmpty：判断栈是否为空

有效括号

LeetCode中“有效括号”这道题要求我们判断一个字符串中的括号是否有效匹配。有效匹配的定义如下：

圆括号“()”必须成对出现，且必须以正确的顺序嵌套。
方括号“[]”必须成对出现，且必须以正确的顺序嵌套。
大括号“{}”必须成对出现，且必须以正确的顺序嵌套。

任何不符合以上规则的括号组合都是无效的。

解法一：使用stack解决有效括号问题

要解决有效括号问题，我们可以使用stack数据结构。具体步骤如下：

初始化一个stack，将所有左括号压入stack中。
遍历字符串，逐个字符进行判断：
- 如果遇到左括号，则将其压入stack中。
- 如果遇到右括号，则从stack中弹出栈顶元素。如果栈顶元素与当前右括号匹配，则继续遍历；否则，返回false。
遍历结束，如果stack为空，则返回true；否则，返回false。

示例：Python代码实现

def is_valid_parentheses(s):
  """
  判断一个字符串中的括号是否有效匹配。

  参数：
    s：输入字符串

  返回：
    True：括号匹配有效
    False：括号匹配无效
  """

  # 初始化一个栈
  stack = []

  # 遍历字符串，逐个字符进行判断
  for char in s:
    # 如果遇到左括号，则将其压入stack中
    if char in "([{":
      stack.append(char)

    # 如果遇到右括号，则从stack中弹出栈顶元素
    elif char in ")]}":
      if not stack:
        return False

      top = stack.pop()

      # 如果栈顶元素与当前右括号匹配，则继续遍历
      if (top == "(" and char == ")") or (top == "[" and char == "]") or (top == "{" and char == "}"):
        continue
      else:
        return False

  # 遍历结束，如果stack为空，则返回true；否则，返回false
  return not stack

解法二：使用双指针解决有效括号问题

除了使用stack，我们还可以使用双指针的方法来解决有效括号问题。具体步骤如下：

初始化两个指针，left和right，分别指向字符串的开头和结尾。
当left和right指向同一位置时，停止遍历。
如果left指向左括号，则将right指针向右移动，直到遇到匹配的右括号。
如果left指向右括号，则将left指针向左移动，直到遇到匹配的左括号。
重复步骤3和步骤4，直到left和right指向同一位置。

示例：C++代码实现

bool is_valid_parentheses(string s) {
  int left = 0, right = s.size() - 1;

  while (left <= right) {
    if (s[left] == '(' && s[right] == ')') {
      left++;
      right--;
    } else if (s[left] == '[' && s[right] == ']') {
      left++;
      right--;
    } else if (s[left] == '{' && s[right] == '}') {
      left++;
      right--;
    } else {
      return false;
    }
  }

  return true;
}