Python学习记录:括号配对检测问题

、问题描述

在练习Python程序题的时候,我遇到了括号配对检测问题。

问题描述:提示用户输入一行字符串,其中可能包括小括号 (),请检查小括号是否配对正确,配对成功与否分别输出:

配对成功!

配对失败!

其中,小括号配对要考虑配对顺序,即()表示配对,)(不是配对,只考虑小括号配对。

一提起括号配对,我们可能会想到C语言正则表达式计算的符号优先级问题,在C语言中我们通常使用栈来解决,而在Python中我们也可以用栈的思路和方法,以列表的形式来实现它。把list当做栈来使用,但建立的还是list对象,提供的是list类型的函数方法。

、Python列表函数&方法

序列是Python中最基本的数据结构。序列中的每个元素都分配一个数字——它的位置,或索引,第一个索引是0,第二个索引是1,依此类推。

Python有6个序列的内置类型,但最常见的是列表和元组。

序列都可以进行的操作包括索引,切片,加,乘,检查成员。

此外,Python已经内置确定序列的长度以及确定最大和最小的元素的方法。

列表是最常用的Python数据类型,它可以作为一个方括号内的逗号分隔值出现。

列表的数据项不需要具有相同的类型。

创建一个列表,只要把逗号分隔的不同的数据项使用方括号括起来即可。如下所示:

list1 = ['physics', 'chemistry', 1997, 2000]

list2 = [1, 2, 3, 4, 5 ]

list3 = ["a", "b", "c", "d"]

与字符串的索引一样,列表索引从0开始。列表可以进行截取、组合等。

1.Python包含以下函数:

1)cmp(list1, list2):比较两个列表的元素

2)len(list):列表元素个数

3)max(list):返回列表元素最大值

4)min(list):返回列表元素最小值

5)list(seq):将元组转换为列表

这里只介绍解决本问题相关的函数和方法,详情可参考:https://www.runoob.com/python/python-lists.html

①使用len()方法返回列表元素个数。

len()方法语法:

len(list)

返回列表元素个数。

以下实例展示了len()函数的使用方法:

list1, list2 = [123, 'xyz', 'zara'], [456, 'abc']

print("First list length : ",len(list1))

print("Second list length : ",len(list2))

输出结果如下:

②list()方法用于将元组转换为列表。

list()方法语法:

list(tup)

返回列表。

注:元组与列表是非常类似的,区别在于元组的元素值不能修改,元组是放在括号中,列表是放于方括号中。

以下实例展示了list()函数的使用方法:

aTuple = (123, 'xyz', 'zara', 'abc')

aList = list(aTuple)

print("列表元素:", aList)

输出结果如下:

2.Python包含以下方法:

1)list.append(obj):在列表末尾添加新的对象

2)list.count(obj):统计某个元素在列表中出现的次数

3)list.extend(seq):在列表末尾一次性追加另一个序列中的多个值(用新列表扩展原来的列表)

4)list.index(obj):从列表中找出某个值第一个匹配项的索引位置

5)list.insert(index, obj):将对象插入列表

6)list.pop([index=-1]):移除列表中的一个元素(默认最后一个元素),并且返回该元素的值

7)list.remove(obj):移除列表中某个值的第一个匹配项

8)list.reverse():反向列表中元素

9)list.sort(cmp=None, key=None, reverse=False):对原列表进行排序

①append()方法用于在列表末尾添加新的对象。

append()方法语法:

list.append(obj)

该方法无返回值,但是会修改原来的列表。

以下实例展示了append()函数的使用方法:

aList = [123, 'xyz', 'zara', 'abc']

aList.append(2009)

print("Updated List : ", aList)

输出结果如下:

②pop()函数用于移除列表中的一个元素(默认最后一个元素),并且返回该元素的值。

pop()方法语法:

list.pop([index=-1])

obj -- 可选参数,要移除列表元素的索引值,不能超过列表总长度,默认为 index=-1,删除最后一个列表值。

该方法返回从列表中移除的元素对象。

以下实例展示了 pop()函数的使用方法:

list1 = ['Google', 'Runoob', 'Taobao']

list_pop = list1.pop(1)

print("删除的项为 :", list_pop)

print("列表现在为 :", list1)

输出结果如下:

、代码实现

代码实现如下:

#使用列表来存放栈元素

def parentheses(m):

  list1=[]

  for i in range(len(m)):    

    if m[i]=='(' or m[i]==')':

      list1.append(m[i])  #将小括号元素放在list1

  list2=[]  #存放(,相当于栈

  if len(list1)==0:   #无小括号元素

    return True

  elif list1[0]==')':    #第一个元素为),即)在(前面

    return False

  elif len(list1)%2!=0:   #小括号元素总数为奇数,无论怎么配对也不会成功

    return False

  else:

    for i in range(len(list1)):

      if list1[i]=='(':   #将左括号元素放在list2

        list2.append(list1[i])

      elif list1[i]==')' and len(list2)!=0:   #排除右括号比左括号多的情况

        list2.pop()   #只要list1中有一个右括号且list2中左括号个数不为0,就移除list2里的一个左括号,以此进行左右括号配对

      else:

        return False

    return True

m=input('请输入字符串:')

if parentheses(m):

  print('括号配对成功!')

else:

  print('括号配对失败!')

运行结果:

上面的程序可以正常运行,但我发现了新的问题:以上代码并不适用于所有可能的输入,比如我输入(((()),即左括号比右括号多的情况,程序运行结果却未报错。

经查阅,我发现网上关于Python括号配对的问题基本上都是利用列表方法实现,但关于不合理输入的异常处理情况考虑的比较少。这里列出了一些有代表性的可能的输入情况,并且对每一种输入情况进行处理,符合括号配对原则的配对成功,否则失败。

可能存在情况:((())).(((()).(()))).()()等等。

可以看到,当左括号比右括号多时,上面的代码无法处理异常。这里我用自己的思路对上面的代码进行修改,修改后的代码如下:

#使用列表来存放栈元素

def bracketsmatch(m):

    list1=[]

    left=[]#存放(,相当于栈

    right=[]#存放),相当于栈

    for i in range(len(m)):    

        if m[i]=='(' or m[i]==')':

            list1.append(m[i])#将小括号元素放在list1

    if len(list1)==0:#无小括号元素

        return True

    elif list1[0]==')':#第一个元素为),即)在(前面

        return False

    elif len(list1)%2!=0:#小括号元素总数为奇数,无论怎么配对也不会成功

        return False

    else:

        for i in range(len(list1)):

            if list1[i]=='(':

                left.append(list1[i])#将左括号元素放在left              

            elif list1[i]==')' and len(left)!=0:#排除右括号比左括号多的情况
                right.append(list1[i])#将右括号元素放在right

                left.pop()#只要有一个右括号进入right,就将其移除,同时移除left里的一个左括号,以此进行左右括号配对

                right.pop()

                if len(left)==0 and len(right)==0:#如果左右括号配对完毕

                    return True  

                else:#左右括号未配对完毕,继续执行循环      

                    continue

            else:      

                return False

m=input('请输入字符串:')

if bracketsmatch(m):

  print('括号配对成功!')

else:

  print('括号配对失败!')

运行结果:

修改后的代码虽然处理了左括号比右括号多时的异常情况,但又无法处理右括号比左括号多的情况。这也是让我有点头疼的一点,即使我知道是程序算法设计的问题,但由于时间问题,我没来得及再进一步深入解决这个问题,后续时间里我会继续思考,争取将这个缺口补上。

--------------------------------------------这里是时隔许久的分割线-----------------------------------------------------

非常感谢评论指正,我重新修改了上面的代码。

#使用列表来存放栈元素
def parentheses(m):
    list1=[]
    for i in range(len(m)):
        if m[i]=='(' or m[i]==')':
            list1.append(m[i])  #将小括号元素放在list1
    list2=[]  #存放(,相当于栈

    if len(list1)==0:   #无小括号元素
        return True
    elif list1[0]==')':    #第一个元素为),即)在(前面
        return False
    elif len(list1)%2!=0:   #小括号元素总数为奇数,无论怎么配对也不会成功
        return False
    else:
        for i in range(len(list1)):
            if list1[i]=='(':   #将左括号元素放在list2
                list2.append(list1[i])
            elif list1[i]==')' and len(list2)!=0:   #排除右括号比左括号多的情况
                list2.pop()   #只要list1中有一个右括号且list2中左括号个数不为0,就移除list2里的一个左括号,以此进行左右括号配对
            else:
                return False
    #排除左括号比右括号多的情况
    if len(list2)==0:
        return True
    else:
        return False

m=input('请输入字符串:')
if parentheses(m):
    print('括号配对成功!')
else:
    print('括号配对失败!')

运行结果:

可以看到,代码上只在最后添加了几行用来判断list2中是否有多余的左括号,整体解决了左括号比右括号多和右括号比左括号多的情况,经评论指正后发现正是这个细节导致了最终结果的输出,这也说明当时我考虑的角度很不全面,解决这个问题的过程中我获益良多。

参考资料:

https://www.runoob.com/python/python-lists.html

https://www.cnblogs.com/WoLykos/p/8709937.html

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