解读 LeetCode20：理解括号匹配的奥秘，掌握有效字符串的精髓

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2023-12-28 07:55:23

理解题目要求：有效字符串的定义

LeetCode20 的题目要求看似简单，但要真正理解并解决它，我们需要对有效字符串的定义有一个清晰的认识。有效字符串必须满足以下两个条件：

左括号必须用相同类型的右括号闭合。例如，'(' 必须用 ')' 闭合，而不能用 '}' 或 ']'。
左括号必须以正确的顺序闭合。这意味着，每个左括号都必须先被与其匹配的右括号闭合，然后再被其他右括号闭合。

剖析解题思路：贪心算法与栈数据结构

为了解决 LeetCode20，我们可以采用贪心算法和栈数据结构两种不同的思路。

贪心算法：一步步匹配

贪心算法是一种简单的解题方法，它通过逐步匹配左括号和右括号来判断字符串是否有效。具体步骤如下：

从字符串的第一个字符开始遍历。
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，则检查栈顶元素是否与当前右括号匹配。如果匹配，则弹出栈顶元素；否则，返回 false，表示字符串无效。
重复步骤 2 和 3，直到遍历完整个字符串。
如果栈为空，则字符串有效；否则，字符串无效。

栈数据结构：先进后出

栈数据结构是一种后进先出（LIFO）的数据结构。我们可以利用栈来存储左括号，当遇到右括号时，检查栈顶元素是否与当前右括号匹配。如果匹配，则弹出栈顶元素；否则，返回 false，表示字符串无效。

与贪心算法相比，栈数据结构可以更直观地模拟括号匹配的过程，同时也可以轻松处理嵌套括号的情况。

代码实现：Python 语言

下面我们以 Python 语言为例，分别实现贪心算法和栈数据结构的解法。

贪心算法：

def is_valid(s):
    stack = []
    for char in s:
        if char in '([{':
            stack.append(char)
        elif char in ')]}':
            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

栈数据结构：

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def push(self, item):
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        if self.is_empty():
            return None
        return self.items.pop()

    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0

def is_valid(s):
    stack = Stack()
    for char in s:
        if char in '([{':
            stack.push(char)
        elif char in ')]}':
            if stack.is_empty():
                return False
            top = stack.pop()
            if (char == ')' and top != '(') or (char == ']' and top != '[') or (char == '}' and top != '{'):
                return False
    return stack.is_empty()