LeetCode-20. 有效的括号

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LeetCode每日一题/2020-08-14

LeetCode20. 有效的括号

问题描述

规则

给定一个只包括'('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

• 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
• 左括号必须以正确的顺序闭合。
• 注意空字符串可被认为是有效字符串。

示例1

输入: "()"
输出: true

示例2

输入: "()[]{}"
输出: true

示例3

输入: "(]"
输出: false

示例4

输入: "([)]"
输出: false

示例5

输入: "{[]}"
输出: true

解析

解题思路

根据有效字符串的定义：
– 左括号必须用相同类型的右括号闭合
– 左括号必须以正确的顺序闭合

根据给定规则我们知道一个有效的字符串应该是这样的：左括号由左到右依次出现，右括号需要按照左括号的顺序后进先出与左括号相匹配。根据这个特性我们可以使用栈来完成，具体步骤：

• 从左到右遍历字符串；
• 当出现左括号时压栈，当出现右括号时出栈；
• 判断当前右括号是否与出栈左括号相匹配，如果不匹配则判定为非有效；
• 当遍历完之后如果栈为空则为有效括号否则为非有效，如下图所示

复杂度分析

1. 时间复杂度，需要遍历字符串，时间复杂度为O(N),N为字符串长度;
2. 空间复杂度，字符串长度+入栈字符数，空间复杂度为O(N+M),N为字符串长度，M为入栈字符串长度;

定位问题

1. 左右括号相匹配；

数据操作分析

1. 遍历字符串；
2. 遇到左括号则入栈，遇到右括号则出栈；
3. 判定当前右括号是否与出栈左括号相匹配；
4. 遍历完之后判定栈是否为空；

编码实现

public class ValidParentheses {
    public boolean isValid(String s) {
        if ((s.length() & 1) == 1) return false;
        Stack<Character> charStack = new Stack<>();
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char currentParenthesis = s.charAt(i);
            if (isLeftParenthesis(currentParenthesis)) {
                charStack.push(currentParenthesis);
            } else {
                if (charStack.isEmpty()) return false;
                char leftParenthesis = charStack.pop();
                if (!isMatch(currentParenthesis, leftParenthesis)) {
                    return false;
                }
            }
        }

        if (!charStack.isEmpty()) {
            return false;
        }

        return true;
    }

    private boolean isMatch(char currentParenthesis, char leftParenthesis) {
        if (currentParenthesis == '}' && leftParenthesis == '{') {
            return true;
        } else if (currentParenthesis == ']' && leftParenthesis == '[') {
            return true;
        } else if (currentParenthesis == ')' && leftParenthesis == '(') {
            return true;
        }
        return false;
    }

    private boolean isLeftParenthesis(char c) {
        if (c == '{' || c == '[' || c == '(') {
            return true;
        }
        return false;

    }

}

官方解法

1. 栈

• 思路：
  • 判断括号的有效性可以使用「栈」这一数据结构来解决。
  • 我们对给定的字符串 s 进行遍历，当我们遇到一个左括号时，我们会期望在后续的遍历中，有一个相同类型的右括号将其闭合。由于后遇到的左括号要先闭合，因此我们可以将这个左括号放入栈顶。
  • 当我们遇到一个右括号时，我们需要将一个相同类型的左括号闭合。此时，我们可以取出栈顶的左括号并判断它们是否是相同类型的括号。如果不是相同的类型，或者栈中并没有左括号，那么字符串 s 无效，返回 False。为了快速判断括号的类型，我们可以使用哈希映射（HashMap）存储每一种括号。哈希映射的键为右括号，值为相同类型的左括号。
  • 在遍历结束后，如果栈中没有左括号，说明我们将字符串 s 中的所有左括号闭合，返回 True，否则返回 False。
  • 注意到有效字符串的长度一定为偶数，因此如果字符串的长度为奇数，我们可以直接返回 False，省去后续的遍历判断过程。
• 复杂度分析：
  • 时间复杂度：O(n)，其中 n 是字符串 s 的长度。
  • 空间复杂度：O(n + |\Sigma|)O(n+∣Σ∣)，其中 \SigmaΣ 表示字符集，本题中字符串只包含 6 种括号，|\Sigma| = 6。栈中的字符数量为 O(n)，而哈希映射使用的空间为 O(|\Sigma|)，相加即可得到总空间复杂度。

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        int n = s.length();
        if (n % 2 == 1) {
            return false;
        }

        Map<Character, Character> pairs = new HashMap<Character, Character>() {{
            put(')', '(');
            put(']', '[');
            put('}', '{');
        }};
        Deque<Character> stack = new LinkedList<Character>();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            char ch = s.charAt(i);
            if (pairs.containsKey(ch)) {
                if (stack.isEmpty() || stack.peek() != pairs.get(ch)) {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            } else {
                stack.push(ch);
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}