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  • 1111. 有效括号的嵌套深度

    1111. 有效括号的嵌套深度

    有效括号字符串 定义:对于每个左括号,都能找到与之对应的右括号,反之亦然。详情参见题末「有效括号字符串」部分。

    嵌套深度 depth 定义:即有效括号字符串嵌套的层数,depth(A) 表示有效括号字符串 A 的嵌套深度。详情参见题末「嵌套深度」部分。

    有效括号字符串类型与对应的嵌套深度计算方法如下图所示:

     

    给你一个「有效括号字符串」 seq,请你将其分成两个不相交的有效括号字符串,A 和 B,并使这两个字符串的深度最小。

    不相交:每个 seq[i] 只能分给 A 和 B 二者中的一个,不能既属于 A 也属于 B 。
    A 或 B 中的元素在原字符串中可以不连续。
    A.length + B.length = seq.length
    深度最小:max(depth(A), depth(B)) 的可能取值最小。 
    划分方案用一个长度为 seq.length 的答案数组 answer 表示,编码规则如下:

    answer[i] = 0,seq[i] 分给 A 。
    answer[i] = 1,seq[i] 分给 B 。
    如果存在多个满足要求的答案,只需返回其中任意 一个 即可。

    示例 1:

      输入:seq = "(()())"
      输出:[0,1,1,1,1,0]
    示例 2:

      输入:seq = "()(())()"
      输出:[0,0,0,1,1,0,1,1]
    解释:本示例答案不唯一。
    按此输出 A = "()()", B = "()()", max(depth(A), depth(B)) = 1,它们的深度最小。
    像 [1,1,1,0,0,1,1,1],也是正确结果,其中 A = "()()()", B = "()", max(depth(A), depth(B)) = 1 。
     

    方法一:用栈进行括号匹配思路及算法

    要求划分出使得最大嵌套深度最小的分组,我们首先得知道如何计算嵌套深度。我们可以通过栈实现括号匹配来计算:

    维护一个栈 s,从左至右遍历括号字符串中的每一个字符:

    如果当前字符是 (,就把 ( 压入栈中,此时这个 ( 的嵌套深度为栈的高度;

    如果当前字符是 ),此时这个 ) 的嵌套深度为栈的高度,随后再从栈中弹出一个 (。

    下面给出了括号序列 (()(())()) 在每一个字符处的嵌套深度:

    知道如何计算嵌套深度,问题就很简单了:只要在遍历过程中,我们保证栈内一半的括号属于序列 A,一半的括号属于序列 B,那么就能保证拆分后最大的嵌套深度最小,是当前最大嵌套深度的一半。要实现这样的对半分配,我们只需要把奇数层的 ( 分配给 A,偶数层的 ( 分配给 B 即可。对于上面的例子,我们将嵌套深度为 1 和 3 的所有括号 (()) 分配给 A,嵌套深度为 2 的所有括号 ()()() 分配给 B。

    此外,由于在这个问题中,栈中只会存放 (,因此我们不需要维护一个真正的栈,只需要用一个变量模拟记录栈的大小。

    代码:

    class Solution{
    public:
        vector<int >maxDepthAfterSplit(string seq){
            int depth=0,len=seq.length();
            vector<int >ans;
            for (int i = 0; i < len; i++)
            {
                 if (seq[i] == '(') {
                    ans.push_back((++depth)&1);
                } else {
                    ans.push_back((depth--)&1);
                }
            }
            return ans;
        }
    };

    复杂度分析

    时间复杂度:O(n),其中 n 为字符串的长度。我们只需要遍历括号字符串一次。

    空间复杂度:O(1)。除答案数组外,我们只需要常数个变量。

    方法二:找规律

    思路及算法

    我们还是使用上面的例子 (()(())()),但这里我们把 ( 和 ) 的嵌套深度分成两行:

    有没有发现什么规律?

    左括号 ( 的下标编号与嵌套深度的奇偶性相反,也就是说:

    下标编号为奇数的 (,其嵌套深度为偶数,分配给 B;

    下标编号为偶数的 (,其嵌套深度为奇数,分配给 A。

    右括号 ) 的下标编号与嵌套深度的奇偶性相同,也就是说:

    下标编号为奇数的 ),其嵌套深度为奇数,分配给 A;

    下标编号为偶数的 ),其嵌套深度为偶数,分配给 B。

    这样以来,我们只需要根据每个位置是哪一种括号以及该位置的下标编号,就能确定将对应的对应的括号分到哪个组了。

    对此规律感兴趣的同学的同学可以阅读下面的证明部分,若不感兴趣,可以直接跳到代码部分。

    证明

    对于字符串中的任意一个左括号 (,它的下标编号为 x,嵌套深度为 y。如果它之有 l 个左括号和 r 个右括号,那么根据嵌套深度的定义,有:

    y = l - r + 1
    y=l−r+1

    下标编号与 l 和 r 的关系也可以直接得到,注意下标编号从 0 开始:

    x = l + r
    x=l+r

    由于 l - r和 l + r 同奇偶,因此 l - r + 1(即 y)和 l + r(即 x)的奇偶性相反。

    对于字符串中的任意一个右括号 ),它的下标编号为 x,嵌套深度为 y。如果它之有 l 个左括号和 r 个右括号,那么根据嵌套深度的定义,有:

    y = l - r
    y=l−r

    下标编号与 l 和 r 的关系也可以直接得到,注意下标编号从 0 开始:

    x = l + r
    x=l+r

    因此 y 和 x 的奇偶性相同。

    class Solution {
    public:
        vector<int> maxDepthAfterSplit(string seq) {
            vector<int> ans;
            for (int i = 0; i < (int)seq.size(); ++i) {
                ans.push_back(i & 1 ^ (seq[i] == '('));
            }
            return ans;
        }
    };

    复杂度分析

    时间复杂度:O(n),其中 n 为字符串的长度。我们只需要遍历括号字符串一次。

    空间复杂度:O(1)。除答案数组外,我们只需要常数个变量。

     

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