20. 有效的括号 - Leetcode

解题思路：

算法原理
- 栈先入后出特点恰好与本题括号排序特点一致，即若遇到左括号入栈，遇到右括号时将对应栈顶左括号出栈，则遍历完所有括号后 stack 仍然为空；
- 建立哈希表 dic 构建左右括号对应关系：$key$ 左括号，$value$ 右括号；这样查询 $2$ 个括号是否对应只需 $O(1)$ 时间复杂度；建立栈 stack，遍历字符串 s 并按照算法流程一一判断。
算法流程
1. 如果 c 是左括号，则入栈 $push$；
2. 否则通过哈希表判断括号对应关系，若 stack 栈顶出栈括号 stack.pop() 与当前遍历括号 c 不对应，则提前返回 $false$。
提前返回 $false$
- 提前返回优点： 在迭代过程中，提前发现不符合的括号并且返回，提升算法效率。
- 解决边界问题：
  - 栈 stack 为空： 此时 stack.pop() 操作会报错；因此，我们采用一个取巧方法，给 stack 赋初值 $?$ ，并在哈希表 dic 中建立 $key: '?'，value:'?'$ 的对应关系予以配合。此时当 stack 为空且 c 为右括号时，可以正常提前返回 $false$；
  - 字符串 s 以左括号结尾： 此情况下可以正常遍历完整个 s，但 stack 中遗留未出栈的左括号；因此，最后需返回 len(stack) == 1，以判断是否是有效的括号组合。
复杂度分析
- 时间复杂度 $O(N)$：正确的括号组合需要遍历 $1$ 遍 s；
- 空间复杂度 $O(N)$：哈希表和栈使用线性的空间大小。

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代码：

Python

class Solution:
    def isValid(self, s: str) -> bool:
        dic = {'{': '}',  '[': ']', '(': ')', '?': '?'}
        stack = ['?']
        for c in s:
            if c in dic: stack.append(c)
            elif dic[stack.pop()] != c: return False 
        return len(stack) == 1

Java

class Solution {
    private static final Map<Character,Character> map = new HashMap<Character,Character>(){{
        put('{','}'); put('[',']'); put('(',')'); put('?','?');
    }};
    public boolean isValid(String s) {
        if(s.length() > 0 && !map.containsKey(s.charAt(0))) return false;
        LinkedList<Character> stack = new LinkedList<Character>() {{ add('?'); }};
        for(Character c : s.toCharArray()){
            if(map.containsKey(c)) stack.addLast(c);
            else if(map.get(stack.removeLast()) != c) return false;
        }
        return stack.size() == 1;
    }
}