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  • 栈应用一(括号匹配问题)

    问题:假设一个算术表达式中可以包含三种括号:圆括号"(" 和
    ")",方括号"["和"]"和花括号"{"和"}",且这三种括号可按任意的
    次序嵌套使用(如:…[…{…}…[…]…]…[…]…(…)…)。编写判别给定表达
    式中所含括号是否正确配对出现的算法(已知表达式已存入数据元素
    为字符的顺序表中)。 

    思路:

    例如,考虑下列括号序列:

      [ ( [ ] [ ] ) ]

      1 2 3 4 5 6 7 8

      当计算机接受了第一个括号后,它期待着与其匹配的第八个括号的出现,然而等来的却是第二个括号,此时第一个括号“[”只能暂时靠边,而迫切等待与第二个括号相匹配的、第七个括号“)”的出现,类似地,因等来的是第三个括号“[”,其期待匹配的程度较第二个括号更急迫,则第二个括号也只能靠边,让位于第三个括号,显然第二个括号的期待急迫性高于第一个括号;在接受了第四个括号之后,第三个括号的期待得到满足,消解之后,第二个括号的期待匹配就成为当前最急迫的任务了,……依此类推。

      很显然,这样的一个处理过程和栈的特点非常吻合,因此,这个问题可以用栈来解决。

      解决思路

      1.在算法中设置一个栈,每次读入一个括号;

      2.若是右括号,则或者使置于栈顶的最急迫的期待得以消解,此时将栈顶的左括号弹出;或者是不合法的情况,此时将右括号压入;

      3.若是左括号,则作为一个新的更急迫的期待压入栈中,自然使原有的在栈中的所有未消解的期待的急迫性都降低一级;

      4.在算法的开始和结束时,栈应该为空。

    代码:

      

      1 <?php
      2 /**
      3  * 括号匹配问题
      4  */
      5 class Stack
      6 {
      7     private $top = -1;//默认为-1,表示栈空
      8     private $max_size = 100;//栈的最大容量(此处设置大一点,防止栈满无法入栈)
      9     private $stack = array();
     10     
     11     /**
     12      * 入栈
     13      */
     14     private function push($val)
     15     {
     16         if ($this->top == $this->max_size-1)
     17         {
     18             return false;//栈满,不作处理
     19         }
     20         $this->top++;
     21         $this->stack[$this->top] = $val;
     22     }
     23     
     24     /**
     25      * 出栈
     26      */
     27     private function pop()
     28     {
     29         if ($this->top == -1)
     30         {
     31             return false;
     32         }
     33         $value = $this->stack[$this->top];
     34         $this->top--;
     35         return $value;
     36     }
     37     
     38     /**
     39      * 取栈顶元素
     40      */
     41     private function get_top()
     42     {
     43         if ($this->top == -1)
     44         {
     45             return false;
     46         }
     47         return $this->stack[$this->top];
     48     }
     49     
     50     /**
     51      * 判断栈是否为空
     52      */
     53     private function is_empty()
     54     {
     55         if ($this->top == -1)
     56         {
     57             return true;
     58         } else {
     59             return false;
     60         }
     61     }
     62     
     63     /**
     64      * 括号匹配问题
     65      */
     66     public function match($exp)
     67     {
     68         $len = strlen($exp);//省略字符串为空的校验
     69         for($i=0; $i<$len; ++$i)
     70         {
     71             if($exp[$i] == '(' || $exp[$i] == '[' || $exp[$i] == '{')//若遇到左括号,直接入栈
     72             {
     73                 $this->push($exp[$i]);
     74             } else if($exp[$i] == ')') {//若遇到右圆括号,则尝试匹配栈顶括号
     75                 if($top = $this->get_top())
     76                 {
     77                     if ($top == '(')//匹配成功,左括号出栈
     78                     {
     79                         $this->pop();
     80                     } else {//匹配不成功,右括号入栈
     81                         $this->push($exp[$i]);
     82                     }
     83                 } else {//栈空,入栈
     84                     $this->push($exp[$i]);
     85                 }
     86             } else if($exp[$i] == '}') {//若遇到右花括号,则尝试匹配栈顶括号
     87                 if($top = $this->get_top())
     88                 {
     89                     if ($top == '{')//匹配成功,左括号出栈
     90                     {
     91                         $this->pop();
     92                     } else {//匹配不成功,右括号入栈
     93                         $this->push($exp[$i]);
     94                     }
     95                 } else {//栈空,入栈
     96                     $this->push($exp[$i]);
     97                 }
     98             } else if($exp[$i] == ']') {//若遇到右方括号,则尝试匹配栈顶括号
     99                 if($top = $this->get_top())
    100                 {
    101                     if ($top == '[')//匹配成功,左括号出栈
    102                     {
    103                         $this->pop();
    104                     } else {//匹配不成功,右括号入栈
    105                         $this->push($exp[$i]);
    106                     }
    107                 } else {//栈空,入栈
    108                     $this->push($exp[$i]);
    109                 }
    110             }
    111         }
    112         //当所有括号匹配成功时,栈应为空
    113         if($this->is_empty())
    114         {
    115             return true;
    116         } else {
    117             return false;
    118         }
    119     }
    120 }
    121 
    122 $exp = "[()({[]})]";
    123 $s = new Stack();
    124 $ret = $s->match($exp);
    125 if ($ret)
    126 {
    127     echo "success";
    128 } else {
    129     echo "fail";
    130 }
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