如何判定括号合法性

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读完本文,你不仅学会了算法套路,还可以顺便去 LeetCode 上拿下如下题目:

20.有效的括号(简单)


对括号的合法性判断是一个很常见且实用的问题,比如说我们写的代码,编辑器和编译器都会检查括号是否正确闭合。而且我们的代码可能会包含三种括号 [](){},判断起来有一点难度。

本文就来聊一道关于括号合法性判断的算法题,相信能加深你对这种数据结构的理解。

题目很简单,输入一个字符串,其中包含 [](){} 六种括号,请你判断这个字符串组成的括号是否合法。

Input: "()[]{}"
Output: true

Input: "([)]"
Output: false

Input: "{[]}"
Output: true

解决这个问题之前,我们先降低难度,思考一下,如果只有一种括号 (),应该如何判断字符串组成的括号是否合法呢?

一、处理一种括号

字符串中只有圆括号,如果想让括号字符串合法,那么必须做到:

每个右括号 ) 的左边必须有一个左括号 ( 和它匹配

比如说字符串 ()))(( 中,中间的两个右括号左边就没有左括号匹配,所以这个括号组合是不合法的。

那么根据这个思路,我们可以写出算法:

bool isValid(string str) {
    // 待匹配的左括号数量
    int left = 0;
    for (char c : str) {
        if (c == '(')
            left++;
        else // 遇到右括号
            left--;

        if (left < 0)
            return false;
    }
    return left == 0;
}

如果只有圆括号,这样就能正确判断合法性。对于三种括号的情况,我一开始想模仿这个思路,定义三个变量 left1left2left3 分别处理每种括号,虽然要多写不少 if else 分支,但是似乎可以解决问题。

但实际上直接照搬这种思路是不行的,比如说只有一个括号的情况下 (()) 是合法的,但是多种括号的情况下, [(]) 显然是不合法的。

仅仅记录每种左括号出现的次数已经不能做出正确判断了,我们要加大存储的信息量,可以利用栈来模仿类似的思路。

二、处理多种括号

栈是一种先进后出的数据结构,处理括号问题的时候尤其有用。

我们这道题就用一个名为 left 的栈代替之前思路中的 left 变量,遇到左括号就入栈,遇到右括号就去栈中寻找最近的左括号,看是否匹配

bool isValid(string str) {
    stack<char> left;
    for (char c : str) {
        if (c == '(' || c == '{' || c == '[')
            left.push(c);
        else // 字符 c 是右括号
            if (!left.empty() && leftOf(c) == left.top())
                left.pop();
            else
                // 和最近的左括号不匹配
                return false;
    }
    // 是否所有的左括号都被匹配了
    return left.empty();
}

char leftOf(char c) {
    if (c == '}') return '{';
    if (c == ')') return '(';
    return '[';
}

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