【算法训练-栈一】【结构特性】有效的括号

news2024/11/28 10:42:52

废话不多说，喊一句号子鼓励自己：程序员永不失业，程序员走向架构！本篇Blog的主题是【栈的使用】，使用【栈】这个基本的数据结构来实现，这个高频题的站点是：CodeTop，筛选条件为：目标公司+最近一年+出现频率排序，由高到低的去牛客TOP101去找，只有两个地方都出现过才做这道题（CodeTop本身汇聚了LeetCode的来源），确保刷的题都是高频要面试考的题。
在这里插入图片描述

名曲目标题后，附上题目链接，后期可以依据解题思路反复快速练习，题目按照题干的基本数据结构分类，且每个分类的第一篇必定是对基础数据结构的介绍。

有效括号序列【EASY】

非常适合栈这种数据结构的一道题

题干

直接粘题干和用例

解题思路

括号的匹配规则应该符合先进后出原理：最外层的括号即最早出现的左括号，也对应最晚出现的右括号，即先进后出，因此可以使用同样先进后出的栈：遇到左括号就将相应匹配的右括号加入栈中，后续如果是合法的，右括号来的顺序就是栈中弹出的顺序

step 1：创建辅助栈，遍历字符串。
step 2：每次遇到小括号的左括号、中括号的左括号、大括号的左括号，就将其对应的右括号加入栈中，期待在后续遇到。
step 3：如果没有遇到左括号但是栈为空，说明直接遇到了右括号，不合法。
step 4：其他情况下，如果遇到右括号，刚好会与栈顶元素相同，弹出栈顶元素继续遍历。
step 5：理论上，只要括号是匹配的，栈中元素最后是为空的，因此检查栈是否为空即可最后判断是否合法。

代码实现

给出代码实现基本档案

基本数据结构：数组
辅助数据结构：哈希表
算法：迭代
技巧：哈希查找

其中数据结构、算法和技巧分别来自：

10 个数据结构：数组、链表、栈、队列、散列表、二叉树、堆、跳表、图、Trie 树
10 个算法：递归、排序、二分查找、搜索、哈希算法、贪心算法、分治算法、回溯算法、动态规划、字符串匹配算法
技巧：双指针、滑动窗口、中心扩散

当然包括但不限于以上

import java.util.*;


public class Solution {
    /**
     * 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可
     *
     *
     * @param s string字符串
     * @return bool布尔型
     */
    public boolean isValid (String s) {
        // 1 定义辅助栈
        Stack<Character> stack = new Stack<Character>();

        // 2 遍历字符串字符
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            //遇到左小括号
            if (s.charAt(i) == '(') {
                //期待遇到右小括号
                stack.push(')');
            }
            //遇到左中括号
            else if (s.charAt(i) == '{') {
                //期待遇到右中括号
                stack.push('}');
            }
            //遇到左大括号
            else if (s.charAt(i) == '[') {
                //期待遇到右大括号
                stack.push(']');
            }
            //没有遇到左括号的情况下来了个右括号||或者遇到的右边括号和栈顶元素不相同则认为非法
            else if (stack.isEmpty() || stack.pop() != s.charAt(i)) {
                return false;
            }

        }

        // 3 字符串遍历完成后，且栈中没有元素则全部匹配完成，括号序列合法
        return stack.isEmpty();
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：遍历了一遍字符串，时间复杂度为O（N）
空间复杂度：使用了辅助栈，空间复杂度为O（N）

拓展知识

Java中栈的操作方法通常是通过使用java.util.Stack类或java.util.Deque接口的实现类来完成的。以下是一些常见的栈操作方法：

创建一个栈：
```
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
```

入栈操作（push）：

stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);

出栈操作（pop）：

int top = stack.pop(); // 弹出栈顶元素并将其存储在变量中

查看栈顶元素但不移除它（peek）：
```
int top = stack.peek();
```
检查栈是否为空（isEmpty）：
```
boolean isEmpty = stack.isEmpty();
```
获取栈的大小（size）：
```
int size = stack.size();
```
清空栈（clear）：
```
stack.clear();
```

使用Deque实现栈：
你也可以使用java.util.Deque接口的实现类，如java.util.ArrayDeque来模拟栈的行为。以下是使用ArrayDeque实现栈的示例：

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();

stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);

int top = stack.pop();
int size = stack.size();
boolean isEmpty = stack.isEmpty();