栈的应用-有效的括号

有效的括号

编写程序时, 一个类, 函数, 表达式, 都需要括号匹配,如果括号没有正确匹配,编译器就会报错, 这其实一种是数据结构--栈的应用.

栈(Stack)

是一种线性结构
只能从一端添加元素,也只能从同一端取出元素,这一端称为栈顶

后进先出的特性（LIFO-last in first out）:最后插入的元素最先出来.

这种后进先出的特性十分有用,便于理解栈的实际应用,举如下两个例子:

• 无处不在的Undo操作(撤销)
  编辑器中的撤销原理就是运用了栈先进后出的特性,栈顶存放了你最近一次的操作,撤销会将这次操作的内容弹出栈顶
• 程序调用的系统栈
  程序在进行子过程调用的时候,当一个子过程执行完成之后,可以自动的回到上层调用中断的位置继续执行下去

1. 函数A()在执行到第2行时调用了函数B(),
   栈中记录下A2(表示函数A()在第2行时中断);
2. 进入函数B(),执行到第2行时调用函数C(),
   栈中记录下B2(表示函数B()在第2行时中断);
3. 进入函数C()一直到执行完毕,cpu不知道下一步该执行哪行代码,到系统栈中查看,最近一次中断的地方是函数B()第2行,返回去执行,到函数A()也是如此,执行完毕.

下面说说括号匹配的题目

leetcode有这样一题,我们可以参照它来理解这个概念
leetcode第20题:有效的括号

题目:
给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

1. 左括号必须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。

来源：力扣 (LeetCode)

首先声明一个栈,

然后逐一遍历这个括号字符串,如果是左括号就将它压入栈;

如果是右括号,此时查看栈顶的元素是否与之匹配,如果匹配成功,栈顶的元素就要出栈;

如果最后栈中的元素被清空,证明这串括号是有效的;

如果匹配失败,那么就证明了这串括号是错误的.

栈顶元素反应了在嵌套的层次关系中,最近的需要匹配的元素

标准答案代码实现:

import java.util.HashMap;
import java.util.Stack;
//有效的括号
public class Solution {
    //负责映射的哈希表
    private HashMap mappings;

    //构造时初始化哈希表,使代码更具可读性
    public Solution(){
        this.mappings = new HashMap<>();
        this.mappings.put(')', '(');
        this.mappings.put('}', '{');
        this.mappings.put(']', '[');
    }

    public boolean isValid(String s){
        //声明一个栈
        Stack stack = new Stack<>();
        //遍历字符串
        for (int i = 0; i < s.length(); i++){
            char c = s.charAt(i);

            //如果当前字符串是右括号
            if (this.mappings.containsKey(c)){
                //获取栈的顶部元素。如果栈是空的，设置一个哑值'#'
                char topElement = stack.empty() ? '#' : stack.pop();

                //如果此括号的映射与栈的顶部元素不匹配，则返回false。
                if (topElement != this.mappings.get(c)){
                    return false;
                }
            }else {
                //如果当前字符是左括号,push到栈中
                stack.push(c);
            }
        }
        //如果堆栈仍然包含元素，那么它是一个无效的表达式。
        return stack.isEmpty();
    }

}

简易版:

简易版:
import java.util.Stack;
//有效的括号
public class Solution {

    public boolean isValid(String s){
        //声明一个栈
        Stack stack = new Stack<>();
        for (int i = 0; i < s.length(); i++){//遍历字符串
            char c = s.charAt(i); //转存为char
            if (c == '(' || c == '[' || c == '{'){
                //如果是左括号就push进去
                stack.push(c);
            }else {//否则检查是否与栈顶元素匹配
                if (stack.isEmpty())
                    return false;

                //将栈顶元素弹出
                char topChar = stack.pop();
                //如果并不能匹配返回false
                if (c == ')' && topChar != '(')
                    return false;
                if (c == ']' && topChar != '[')
                    return false;
                if (c == '}' && topChar != '{')
                    return false;
            }
        }
        //最后检查栈是否为空
        return stack.isEmpty();
    }

}

结合自己的理解记录了学习的过程
图片来自网络