Python括号匹配算法实现与优化详解
本文详细解析Python中括号匹配判断的三种实现方式。第一种利用List作为栈，时间空间复杂度均为O(n)；第二种通过左右括号映射与栈操作处理复杂嵌套；第三种引入多重前置检查（首字符、长度奇偶、去重后长度）以快速过滤明显错误模式，提升长字符串处理效率。
本文分享一个使用Python实现括号匹配判断功能的具体示例，供读者参考学习。
方法一：利用栈（在Python中可使用List实现）解决该问题，其时间与空间复杂度均为O(n)。
# -*- coding: utf8 -*-
# 符号表
SYMBOLS = {'}': '{', ']': '[', ')': '(', '>': '<'}
SYMBOLS_L, SYMBOLS_R = SYMBOLS.values(), SYMBOLS.keys()
def check(s):
arr = []
for c in s:
if c in SYMBOLS_L:
# 左符号入栈
arr.append(c)
elif c in SYMBOLS_R:
# 右符号要么出栈，要么匹配失败
if arr and arr[-1] == SYMBOLS[c]:
arr.pop()
else:
return False
return True
print(check("3 * {3 +[(2 -3) * (4+5)]}"))
print(check("3 * {3+ [4 - 6}]"))
运行结果如下：
True False
方法二：
# -*- coding: utf8 -*-
# 存储左括号和右括号
open_brackets = '([{<'
close_brackets = ')]}>'
# 映射左右括号便于出栈判断
brackets_map = {')': '(', ']': '[', '}': '{', '>': '<'}
# 对于每一行数据，进行如下判定若括号为左括号，加入栈，若括号为右括号，判断是否跟栈尾括号对应，
# 若对应，弹出栈尾元素，若所有括号均正确闭合，则最后栈为空。
rows = [
'([<^>x[ ]{a}]{/}{t}g<^>)<{x}b>{x}<z({%}w >[b][c[c]]{<h>{h}}',
'[/]{((x)({{*}*}w)w){f}{v}[%(^[z]{u}{ })([[ ]-]h)]{c}(*)[y]}',
'<<(^)z>>[b]< >[[(c)u[v]{z<b< >><b>}]g][/b[(])v(v)(+)](v)',
'[[b]][(v)g]<z>([{{<->+}e}[*]d<+>]g[[a] <+>(v){b}<e>]){a}[u]']
for row in rows:
stack = []
label = True
for char in row:
if char in open_brackets:
stack.append(char)
elif char in close_brackets:
if len(stack) < 1:
label = False
break
elif brackets_map[char] == stack[-1]:
stack.pop()
else:
label = False
break
else:
continue
if stack != []:
label = False
print(label)
运行结果如下：
False True False True
方法三：
该方法在字符串长度较大时，能够迅速识别并排除部分明显的错误模式，从而节省计算时间。
主要实现思路如下：
首先定义两个列表，分别存储各类开括号和闭括号。随后遍历目标字符串，并根据以下情况进行处理：
- 若字符串的首字符出现在闭括号列表中，则直接判定为错误并结束程序。
- 若字符串总长度不为偶数，则直接判定为错误并结束程序。
- 将原始字符串转换为列表并去重，若去重后的列表长度不为偶数，则直接判定为错误并结束程序。
- 遍历字符串，将属于开括号集合的字符压入栈中。当遇到闭括号时，计算该闭括号在闭括号列表中的索引，并与当前栈顶开括号在开括号列表中的索引进行比对。若索引一致，则弹出栈顶元素继续处理；若不一致，则直接判定为错误并结束程序。
#!usr/bin/env python
# encoding:utf-8
def bracket_mathch(one_str):
'''''
括号匹配
'''
tmp_list = []
open_bracket_list = ['(', '[', '{', '<', '《']
close_bracket_list = [')', ']', '}', '>', '》']
one_str_list = list(one_str)
length = len(one_str_list)
set_list = list(set(one_str_list))
num_list = [one_str_list.count(one) for one in set_list]
if one_str[0] in close_bracket_list:
return False
elif length % 2 != 0:
return False
elif len(set_list) % 2 != 0:
return False
else:
for i in range(length):
if one_str[i] in open_bracket_list:
tmp_list.append(one_str[i])
elif one_str[i] in close_bracket_list:
if close_bracket_list.index(one_str[i]) == open_bracket_list.index(tmp_list[-1]):
tmp_list.pop()
else:
return False
break
return True
if __name__ == '__main__':
one_str_list = ['({})', '({[<《》>]})', '[(]){}', '{{{{{{', '([{}])', '}{[()]']
for one_str in one_str_list:
if bracket_mathch(one_str):
print(one_str, '正确')
else:
print(one_str, '错误')
tmp = '{}[{()()[]<{{[[[[(())()()(){}[]{}[]()<>]]]]}}>}]'
print(bracket_mathch(tmp))
运行结果如下：
('({})', '\xe6\xad\xa3\xe7\xa1\xae') ('({[<\xe3\x80\x8a\xe3\x80\x8b>]})', '\xe6\xad\xa3\xe7\xa1\xae') ('[(]){}', '\xe9\x94\x99\xe8\xaf\xaf') ('{{{{{{', '\xe9\x94\x99\xe8\xaf\xaf') ('([{}])', '\xe6\xad\xa3\xe7\xa1\xae') ('}{[()]', '\xe9\x94\x99\xe8\xaf\xaf') True
如需进一步了解Python相关知识，建议查阅本站专题：《Python数据结构与算法教程》、《Python编码操作技巧总结》、《Python函数使用技巧总结》、《Python字符串操作技巧汇总》及《Python入门与进阶经典教程》。
希望本文所述的代码与解析能对大家的Python程序设计工作有所帮助。
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