LeetCode HOT 100：剖析经典栈数据结构解题之有效括号

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2023-10-03 10:06:23

栈的数据结构

栈（Stack）是一种数据结构，它遵守先进先出（First In First Out，简称 FIFO）的原则。这意味着，第一个进入栈的元素（称为栈顶元素）将是第一个被移除的元素。栈的常见操作包括：

压栈（push）：将元素推入栈顶。
出栈（pop）：移除并返回栈顶元素。
栈顶（top）：返回栈顶元素，但不移除它。
栈空（empty）：检查栈是否为空。

栈在计算机科学中有很多应用，包括：

表达式求值：栈可用于计算算术表达式的值，如：(3+4)*(5-2)。
函数调用：栈可用于管理函数调用，当函数被调用时，它的参数、局部变量和返回地址会被压入栈中。当函数返回时，栈顶的这些信息会被弹出。
递归：栈可用于实现递归，当函数调用自身时，它的参数和局部变量会被压入栈中。当递归调用返回时，栈顶的这些信息会被弹出。

有效括号的题目

LeetCode HOT 100中的有效括号题目如下：

给定一个只包含括号 '(' 和 ')' 的字符串，判断它是否是有效的。

有效括号字符串需满足以下条件：

开括号必须以相同数量的闭括号结尾。

开括号必须以正确的顺序关闭。

例如，"()" 和 "()[]{}" 是有效的，但 "(]", "([)]" 和 "(" 是无效的。

栈的解题思路

栈的数据结构非常适合解决有效括号的问题。我们可以使用一个栈来存储所有遇到的左括号，并将它们与遇到的右括号进行匹配。如果每个左括号都能找到一个与之匹配的右括号，那么该字符串就是有效的，否则就是无效的。

具体来说，我们可以使用以下步骤来解决这个问题：

初始化一个空栈。
遍历给定的字符串。
如果遇到左括号，则将其压入栈中。
如果遇到右括号，则检查栈是否为空。
- 如果栈为空，则字符串无效，返回 false。
- 如果栈不为空，则弹出栈顶的左括号。
如果遍历完整个字符串后，栈为空，则字符串有效，返回 true。
否则，字符串无效，返回 false。

代码实现

def is_valid(s):
  stack = []
  for char in s:
    if char in '([{':
      stack.append(char)
    else:
      if not stack:
        return False
      top = stack.pop()
      if (char == ')' and top != '(') or (char == ']' and top != '[') or (char == '}' and top != '{'):
        return False
  return not stack