Python学习记录：括号配对检测问题

Python学习记录：括号配对检测问题

一、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。

二、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：

三、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