Leetcode | Parentheses 相关

Generate Parentheses

Given n pairs of parentheses, write a function to generate all combinations of well-formed parentheses.

For example, given n = 3, a solution set is:

"((()))", "(()())", "(())()", "()(())", "()()()"

只要左括号数大于1就可以添加左括号。只要右括号数大于左括号数就可以添加右括号。

 class Solution {
 public:
     vector<string> generateParenthesis(int n) {
         vector<string> res;

         recursive(n, n, "", res);

         return res;
     }

     void recursive(int n1, int n2, string str, vector<string> &res) {
         if (n1 ==  && n2 == ) {
             res.push_back(str);
             return;
         }

         if (n1 >= ) {
             recursive(n1 - , n2, str + "(", res);
         }

         if (n2 > n1) {
             recursive(n1, n2 - , str + ")", res);
         }
     }
 };

网上查了一下，竟然还和Catalan数有关。

通项公式是： \(\frac{(2n)!}{(n+1)!n!}\)

递推公式是 \(C_0=1\ and\ C_{n+1}=\sum\limits^n_{i=0}{C_{i}C_{n-i}}\)

n个+1和n个-1构成2n项\(a_1,a_2,\ldots,a_n\)，其部分和满足\(a_1+a_2+\ldots+a_k\ge{}0,0\le{}k\le{}2n\)的序列个数等于第n个Catalan数\(C_n\)。

Valid Parentheses

Given a string containing just the characters '(', ')', '{', '}', '[' and ']', determine if the input string is valid.

The brackets must close in the correct order, "()" and "()[]{}" are all valid but "(]" and "([)]" are not.

用了一个栈去实现。当前哪果是右括号，那么栈顶必须是对应的左括号才行。栈为空的话，也只能push左括号。

 class Solution {
 public:
     bool isValid(string s) {
         if (s.empty()) return true;

         stack<char> st;

         for (int i = ; i < s.length(); ++i) {
             if (st.empty()) {
                 if (s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{')  st.push(s[i]);
                 else return false;
             } else if (s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{') {
                 st.push(s[i]);
             } else if (s[i] == ')') {
                 if (st.top() == '(') st.pop();
                 else return false;
             } else if (s[i] == ']') {
                 if (st.top() == '[') st.pop();
                 else return false;
             } else if (s[i] == '}') {
                 if (st.top() == '{') st.pop();
                 else return false;
             } else {
                 return false;
             }
         }
         return st.empty();
     }
 };

重构一下：

 class Solution {
 public:
     bool isValid(string s) {
         if (s.empty()) return true;

         stack<char> st;

         for (int i = ; i < s.length(); ++i) {
             if (s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{') {
                 st.push(s[i]);
                 continue;
             } else if (st.empty()) {
                 return false;
             } 

             if (s[i] == ')' && st.top() != '(') return false;
             if (s[i] == ']' && st.top() != '[') return false;
             if (s[i] == '}' && st.top() != '{') return false;
             st.pop();
         }
         return st.empty();
     }
 };

用map再重构，可以再简洁一些。

 class Solution {
 public:
     bool isValid(string s) {
         if (s.empty()) return true;

         map<char, char> pars;
         pars[')'] = '(';
         pars[']'] = '[';
         pars['}'] = '{';

         stack<char> st;

         for (int i = ; i < s.length(); ++i) {
             if (pars.find(s[i]) == pars.end()) {
                 st.push(s[i]);
                 continue;
             } if (st.empty()) {
                 return false;
             } 

             if (st.top() != pars[s[i]]) return false;
             st.pop();
         }
         return st.empty();
     }
 };

Longest Valid Parentheses

Given a string containing just the characters '(' and ')', find the length of the longest valid (well-formed) parentheses substring.

For "(()", the longest valid parentheses substring is "()", which has length = 2.

Another example is ")()())", where the longest valid parentheses substring is "()()", which has length = 4.

一开始就把思路定在，当碰到一个“（”右括号时，判断当前已经能够消掉的位置。后面也想过把值和位置作一个新的struct push到stack中，但是怎么就是想不到直接在stack中存位置呢。。。。

应该多思考一下和前面Valid Parentheses的关系。

总结思路就在于：

1. 栈顶为"("，当前字符为")"，这时就可出栈，同时记录当前消掉的长度；栈如果为空的话表明前面的符号全部被消掉了，所以长度就为i+1. 否则就是pop之后的新栈顶到当前位置的距离。也就是st.pop(); i - st.top();

2. 要检查栈顶，那么st不能为空。

 class Solution {
 public:
     int longestValidParentheses(string s) {
         if (s.empty()) return ;

         int max = ;
         stack<int> st;

         for (int i = ; i < s.length(); ++i) {
             if (st.empty()) {
                 st.push(i);
             } else {
                 if (s[st.top()] == '(' && s[i] == ')') {
                     st.pop();
                     if (st.empty()) {
                         if (i +  > max) max = i + ;
                     } else if (i - st.top() > max) {
                         max = i - st.top();
                     }
                 } else {
                     st.push(i);
                 }
             }
         }

         return max;
     }
 };

第三次写，用栈。

 class Solution {
 public:
     int longestValidParentheses(string s) {
         if (s.empty()) return ;
         stack<int> st;

         int max = ;
         for (int i = ; i < s.length(); i++) {
             if (st.empty() || s[i] == '(') {
                 st.push(i);
             } else if (s[st.top()] == '(') {
                 st.pop();
                 int len = st.empty() ? i +  : i - st.top();
                 if (len > max) max = len;
             } else {
                 st.push(i);
             }
         }

         return max;
     }
 };

这种求longest、maximum之类的题大多数也是可以用dp来做。

dp[i]表示到第i个位置的最长合法串。

1. 初始值都为0. 第一个符号无影响，所以可以从第二个位置开始。

2. 举例说一下dp[i]的更新，假设s="()(()())"。

i=7时，"()(()())"；

dp[i-1]=4就是到i-1=6为止的合法串长度，也就是"()(()())"；

此时需要检查j=i-dp[i-1]-1= 7-dp[6]-1=2的位置是否为"("，"()(()())"；

如果是，那么dp[i]=dp[i-1]+2，dp[7]=dp[6]+2=6;

此时还要把j之前的合法串合并起来。dp[i]+=dp[j-1], "()(()())",dp[7]+=dp[1]; dp[7]=8;

所以答案就是8.

 class Solution {
 public:
     int longestValidParentheses(string s) {
         if (s.empty()) return ;

         vector<int> dp(s.length(), );

         int max = ;
         for (int i = ; i < s.length(); ++i) {
             int j = i - dp[i - ] - ;
             if (s[i] == ')' && s[j] == '(') {
                 dp[i] = dp[i - ] + ;
                 if (j > ) {
                     dp[i] += dp[j - ];
                 }
                 if (dp[i] > max) max = dp[i];
             }
         }
         return max;
     }
 };