LeetCode 20.有效的符号算法解析及栈的相关知识

LeetCode 20.有效的符号解析及栈的相关知识（Java实现）

20.有效的符号
题目要求：
给定一个只包括’(‘,’)‘,’{‘,’}‘,’[‘,’]'的字符串s,判断字符串是否有效。
有效字符串需满足：
1.左括号必须使用相同类型的右括号闭合
2.左括号必须以正确的顺序闭合
3，每个右括号都有一个相同类型的左括号。

示例1：
输入： s=“()”
输出：true
示例2：
输入：s=“(){}[]”
输出：true
示例3：
输入：s=“({]})”
输出：false
示例4：
输入：s=“({[]})”
输出：true
示例：
输入：s=")”

通过以上案例首先我们发现的一个规律是字符串长度必须是偶数，要求成对出现；
第二个规律是如果一个字符是符合规律的，必有左右两个括号；它其中若存在元素，必须也符合该规律
第三个规律是有效的字符串，右括号必然存在上一个元素是左括号或者去除中间元素后的，上一个元素是左括号

通过以上分析，我们需要一个后进先出的数据结构存储数据，栈就非常符合我们的需求，当满足条件时就从栈中移除出去。另外还需要一个hashMap来存储括号对应的值，由于使用栈建议key为括号，value为左括号。

Java中定义栈

1. Stack
   Java提供一个Stack对象直接通过new就可以创建一个stack，stack底层是继承一个Vector，所以它是线程安全的类，但是它并不遵循先进后出的原则，只是一个平常顺序。而且底层使用synchronized 性能比较低（不推荐）

  Stack<String> stack1 = new Stack<>();stack1.push("123");stack1.push("234");

2.Deque
deque是一种继承Queue的接口，有众多的实现类，比如ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedDeque还有LinkedList也实现了deque。所以对于出栈、入栈的操作，LiinkedList比较合适，Node插入和删除速度快。

算法实现

  private boolean isValid(String str){int length=str.length();String regex = "^[(){}\\[\\]]+$";//正则表达式，校验字符串中是否只有（）[]{}Pattern pattern = Pattern.compile(regex);Matcher matcher = pattern.matcher(str);if(!matcher.matches()||length%2==1){//字符串中有其他字符或者长度为奇数直接返回falsereturn false;}//定义匹配的mapMap<Character,Character> map=new HashMap<>();map.put(')','(');map.put('}','{');map.put(']','[');Deque<Character> stack=new LinkedList<>();//创建一个栈//循环字符串的字符，如果map中存在则在栈中查找对应左括号，不存在返回false，存在移除栈顶元素;map不存在压入栈中for(int i=0;i<length;i++){char charAt = str.charAt(i);//获取当前元素if(map.containsKey(charAt)){//如果map中包含改keyif(stack.isEmpty()||stack.peek()!=map.get(charAt)){//stack是空的或者栈中的第一个元素的值不等于map中的起始括号,stack.peek()获取栈中第一个元素，0号位的元素return false;}stack.pop();//出栈}else{stack.push(charAt);//入栈，比如字符是（就入栈，遵循先进后出的原则}}Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();return stack.isEmpty();}

代码解析

例1：s=“({[})”
按照循环和栈的规则，({[都将push到栈中，按照先进后出的原则，顺序为0:[,1:{,2:(;当循环到字符},获取前括号为{,比较栈顶元素，不相等直接返回false
例2：s=“({[]})”
({[会采用先进后出的顺序压入栈中，0号位栈顶元素为[;当循环到字符]时,满足stack.peek()==[,之后[会出栈，{变为0号位的值;}字符类似以上操作

以上代码时间复杂度是O(n)，n是字符串的长度。并且使用长度和正则表达式校验，会节省更多时间。

测试结果

    @Testpublic void testFormat(){String str="({[]})";boolean valid = isValid(str);System.out.println(valid?"格式正确!":"格式不正确！");}

测试1：
输入：str=“({[]})”
输出：格式正确
测试2：
输入：str=“()”
输出：格式正确
测试3：
输入：s=“({]})”
输出:格式不正确
测试4：
输入：s=“[1]”
输出：格式不正确