1111. 有效括號的嵌套深度

題目

有效括號字符串 定義:對於每個左括號,都能找到與之對應的右括號,反之亦然。詳情參見題末「有效括號字符串」部分。

嵌套深度 depth 定義:即有效括號字符串嵌套的層數,depth(A) 表示有效括號字符串 A 的嵌套深度。詳情參見題末「嵌套深度」部分。

有效括號字符串類型與對應的嵌套深度計算方法如下圖所示:
在這裏插入圖片描述

給你一個「有效括號字符串」 seq,請你將其分成兩個不相交的有效括號字符串,AB,並使這兩個字符串的深度最小。

  • 不相交:每個 seq[i] 只能分給 AB 二者中的一個,不能既屬於 A 也屬於 B
  • AB 中的元素在原字符串中可以不連續。
  • A.length + B.length = seq.length
  • 深度最小:max(depth(A), depth(B)) 的可能取值最小。

劃分方案用一個長度爲 seq.length 的答案數組 answer 表示,編碼規則如下:

answer[i] = 0seq[i] 分給 A
answer[i] = 1seq[i] 分給 B
如果存在多個滿足要求的答案,只需返回其中任意 一個 即可。

示例 1:

輸入:seq = "(()())"
輸出:[0,1,1,1,1,0]

示例 2:

輸入:seq = "()(())()"
輸出:[0,0,0,1,1,0,1,1]
解釋:本示例答案不唯一。
按此輸出 A = "()()", B = "()()", max(depth(A), depth(B)) = 1,它們的深度最小。
像 [1,1,1,0,0,1,1,1],也是正確結果,其中 A = "()()()", B = "()", max(depth(A), depth(B)) = 1 。 

提示:

  • 1 < seq.size <= 10000

有效括號字符串:

僅由 "(" 和 ")" 構成的字符串,對於每個左括號,都能找到與之對應的右括號,反之亦然。
下述幾種情況同樣屬於有效括號字符串:

  1. 空字符串
  2. 連接,可以記作 AB(A 與 B 連接),其中 A 和 B 都是有效括號字符串
  3. 嵌套,可以記作 (A),其中 A 是有效括號字符串

嵌套深度:

類似地,我們可以定義任意有效括號字符串 s 的 嵌套深度 depth(S):

  1. s 爲空時,depth("") = 0
  2. s 爲 A 與 B 連接時,depth(A + B) = max(depth(A), depth(B)),其中 A 和 B 都是有效括號字符串
  3. s 爲嵌套情況,depth("(" + A + ")") = 1 + depth(A),其中 A 是有效括號字符串

例如:"","()()",和 "()(()())" 都是有效括號字符串,嵌套深度分別爲 0,1,2,而 ")(" 和 "(()" 都不是有效括號字符串。

解題思路

這道題目給的字符串一定是有效的,所以不用擔心不能匹配的情形。題目要求給定的一個有效括號字符串seq,將其分成兩個不相交的有效括號字符串 A 和 B,並使這兩個字符串的深度最小,也即 max(depth(A), depth(B))的可能取值最小,也就是說要使得兩個子序列的括號嵌套深度較大者儘量的小。既然想要兩個子序列的嵌套深度中較大者儘量小,那麼最好能夠讓兩個子序列的嵌套深度相同。
考慮任意一個原序列中嵌套深度爲 d 的合法子序列,我們要想辦法把它拆成兩半。那麼最優的方法肯定是一半嵌套深度爲 ⌊d/2⌋ ,一半是 d−⌊d/2⌋ 。這樣兩個子序列中嵌套深度較大值就是⌈d/2⌉,而其它任何分法都會導致較大值大於它。
要劃分出使得最大嵌套深度最小的分組,我們首先得知道如何計算嵌套深度。我們可以通過棧實現括號匹配來計算:首先維護一個棧 s,從左至右遍歷括號字符串中的每一個字符:如果當前字符是’(’,就把’(‘壓入棧中,此時這個’(‘的嵌套深度爲棧的高度;如果當前字符是’)’,此時這個’)‘的嵌套深度爲棧的高度,隨後再從棧中彈出一個’(’。
下面給出了括號序列 (()(())()) 在每一個字符處的嵌套深度:

括號序列   ( ( ) ( ( ) ) ( ) )
下標編號   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
嵌套深度   1 2 2 2 3 3 2 2 2 1 

只要在遍歷過程中,我們保證棧內一半的括號屬於序列 A,一半的括號屬於序列 B,那麼就能保證拆分後最大的嵌套深度最小,是當前最大嵌套深度的一半。要實現這樣的對半分配,我們只需要把奇數層的 ( 分配給 A,偶數層的 ( 分配給 B 即可。對於上面的例子,我們將嵌套深度爲 1 和 3 的所有括號 (()) 分配給 A,嵌套深度爲 2 的所有括號 ()()() 分配給 B。
此外,由於在這個問題中,棧中只會存放 (,因此我們不需要維護一個真正的棧,只需要用一個變量模擬記錄棧的大小。
具體實現上,用一個和括號字符串等大的數組,它的值爲0或者1,表示當前括號被分給第一個字符串還是第二個字符串。我們用一個變量 depth 來表示當前括號的嵌套深度,那麼遇到左括號就深度加一,遇到右括號嵌套深度就是當前的 depth,但是遍歷完這個右括號之後,深度要減一。最後嵌套深度爲偶數的括號位置處標記爲 0,奇數的括號位置處標記爲 1。

代碼

class Solution:
    def maxDepthAfterSplit(self, seq: str) -> List[int]:
        res = []
        depth = 0
        for s in seq:
            if s=='(':
                depth += 1
                res.append(depth%2)
            elif s==')':
                res.append(depth%2)
                depth -= 1
        return res
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