20. 有效的括号
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：
- 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
- 左括号必须以正确的顺序闭合。
- 注意空字符串可被认为是有效字符串。
示例 1:
- 输入: "()"
- 输出: true
示例 2:
- 输入: "()[]{}"
- 输出: true
示例 3:
- 输入: "(]"
- 输出: false
示例 4:
- 输入: "([)]"
- 输出: false
示例 5:
- 输入: "{[]}"
- 输出: true
题外话
括号匹配是使用栈解决的经典问题。
题意其实就像我们在写代码的过程中，要求括号的顺序是一样的，有左括号，相应的位置必须要有右括号。
如果还记得编译原理的话，编译器在 词法分析的过程中处理括号、花括号等这个符号的逻辑，也是使用了栈这种数据结构。
再举个例子，linux系统中，cd这个进入目录的命令我们应该再熟悉不过了。
cd a/b/c/../../这个命令最后进入a目录，系统是如何知道进入了a目录呢 ，这就是栈的应用（其实可以出一道相应的面试题了）
所以栈在计算机领域中应用是非常广泛的。
有的同学经常会想学的这些数据结构有什么用，也开发不了什么软件，大多数同学说的软件应该都是可视化的软件例如APP、网站之类的，那都是非常上层的应用了，底层很多功能的实现都是基础的数据结构和算法。
所以数据结构与算法的应用往往隐藏在我们看不到的地方！
这里我就不过多展开了，先来看题。
进入正题
由于栈结构的特殊性，非常适合做对称匹配类的题目。
首先要弄清楚，字符串里的括号不匹配有几种情况。
一些同学，在面试中看到这种题目上来就开始写代码，然后就越写越乱。
建议在写代码之前要分析好有哪几种不匹配的情况，如果不在动手之前分析好，写出的代码也会有很多问题。
先来分析一下 这里有三种不匹配的情况，
- 第一种情况，字符串里左方向的括号多余了 ，所以不匹配。
- 第二种情况，括号没有多余，但是 括号的类型没有匹配上。
- 第三种情况，字符串里右方向的括号多余了，所以不匹配。
我们的代码只要覆盖了这三种不匹配的情况，就不会出问题，可以看出 动手之前分析好题目的重要性。
动画如下：
第一种情况：已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false
第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有要匹配的字符。所以return false
第三种情况：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号return false
那么什么时候说明左括号和右括号全都匹配了呢，就是字符串遍历完之后，栈是空的，就说明全都匹配了。
分析完之后，代码其实就比较好写了，
但还有一些技巧，在匹配左括号的时候，右括号先入栈，就只需要比较当前元素和栈顶相不相等就可以了，比左括号先入栈代码实现要简单的多了！
实现C++代码如下：
class Solution {
public:
bool isValid(string s) {
if (s.size() % 2 != 0) return false; // 如果s的长度为奇数，一定不符合要求
stack<char> st;
for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
if (s[i] == '(') st.push(')');
else if (s[i] == '{') st.push('}');
else if (s[i] == '[') st.push(']');
// 第三种情况：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号 return false
// 第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有我们要匹配的字符。所以return false
else if (st.empty() || st.top() != s[i]) return false;
else st.pop(); // st.top() 与 s[i]相等，栈弹出元素
}
// 第一种情况：此时我们已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false，否则就return true
return st.empty();
}
};
技巧性的东西没有固定的学习方法，还是要多看多练，自己灵活运用了。
其他语言版本
Java：
class Solution {
public boolean isValid(String s) {
Deque<Character> deque = new LinkedList<>();
char ch;
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
ch = s.charAt(i);
//碰到左括号，就把相应的右括号入栈
if (ch == '(') {
deque.push(')');
}else if (ch == '{') {
deque.push('}');
}else if (ch == '[') {
deque.push(']');
} else if (deque.isEmpty() || deque.peek() != ch) {
return false;
}else {//如果是右括号判断是否和栈顶元素匹配
deque.pop();
}
}
//最后判断栈中元素是否匹配
return deque.isEmpty();
}
}Python：
# 方法一，仅使用栈，更省空间
class Solution:
def isValid(self, s: str) -> bool:
stack = []
for item in s:
if item == '(':
stack.append(')')
elif item == '[':
stack.append(']')
elif item == '{':
stack.append('}')
elif not stack or stack[-1] != item:
return False
else:
stack.pop()
return True if not stack else False# 方法二，使用字典
class Solution:
def isValid(self, s: str) -> bool:
stack = []
mapping = {
'(': ')',
'[': ']',
'{': '}'
}
for item in s:
if item in mapping.keys():
stack.append(mapping[item])
elif not stack or stack[-1] != item:
return False
else:
stack.pop()
return True if not stack else FalseC:
//辅助函数：判断栈顶元素与输入的括号是否为一对。若不是，则返回False
int notMatch(char par, char* stack, int stackTop) {
switch(par) {
case ']':
return stack[stackTop - 1] != '[';
case ')':
return stack[stackTop - 1] != '(';
case '}':
return stack[stackTop - 1] != '{';
}
return 0;
}
bool isValid(char * s){
int strLen = strlen(s);
//开辟栈空间
char stack[5000];
int stackTop = 0;
//遍历字符串
int i;
for(i = 0; i < strLen; i++) {
//取出当前下标所对应字符
char tempChar = s[i];
//若当前字符为左括号，则入栈
if(tempChar == '(' || tempChar == '[' || tempChar == '{')
stack[stackTop++] = tempChar;
//若当前字符为右括号，且栈中无元素或右括号与栈顶元素不符，返回False
else if(stackTop == 0 || notMatch(tempChar, stack, stackTop))
return 0;
//当前字符与栈顶元素为一对括号，将栈顶元素出栈
else
stackTop--;
}
//若栈中有元素，返回False。若没有元素（stackTop为0），返回True
return !stackTop;
}
