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栈/单调栈

1. 20. 有效的括号

简单

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

示例 1：

输入：s = "()"

输出：true

示例 2：

输入：s = "()[ ]{}"

输出：true

示例 3：

输入：s = "(]"

输出：false

示例 4：

输入：s = "([ ])"

输出：true

提示：

1 <= s.length <= 104
s 仅由括号 '()[]{}' 组成

// 定义一个名为Solution的类，用于解决括号有效性问题。
class Solution {
public:
// 函数isValid用于检查输入的字符串s是否是有效的括号序列。
bool isValid(string s) {
// 定义一个字符栈st，用于存放预期的闭括号。
stack<char> st;

// 获取输入字符串s的长度。
int n = s.size();

// 遍历字符串s中的每个字符。
for(int i{}; i < n; ++i) {
// 如果当前字符是开括号'('，则将对应的闭括号')'推入栈中。
if(s[i] == '(') {
st.push(')');
} else if(s[i] == '[') {
// 如果当前字符是开括号'['，则将对应的闭括号']'推入栈中。
st.push(']');
} else if(s[i] == '{') {
// 如果当前字符是开括号'{'，则将对应的闭括号'}'推入栈中。
st.push('}');
} else {
// 如果当前字符是闭括号，检查栈是否为空或者栈顶元素是否与当前闭括号匹配。
// 如果栈为空，或者栈顶元素与当前闭括号不匹配，则说明括号序列无效，返回false。
if(st.empty() || st.top() != s[i]) return false;

// 如果栈顶元素与当前闭括号匹配，则弹出栈顶元素。
st.pop();
}
}

// 遍历结束后，如果栈为空，则说明所有开括号都找到了匹配的闭括号，返回true。
// 如果栈不为空，则说明有未匹配的开括号，返回false。
return st.empty();
}
};

2. 155. 最小栈

中等

设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

实现 MinStack 类:

MinStack() 初始化堆栈对象。
void push(int val) 将元素val推入堆栈。
void pop() 删除堆栈顶部的元素。
int top() 获取堆栈顶部的元素。
int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

示例 1:

输入：
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]

输出：
[null,null,null,null,-3,null,0,-2]

解释：
MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.getMin();   --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 0.
minStack.getMin();   --> 返回 -2.

提示：

-231 <= val <= 231 - 1
pop、top 和 getMin 操作总是在 非空栈 上调用
push, pop, top, and getMin最多被调用 3 * 104 次

class MinStack {
public:
MinStack() {

}

void push(int val) {
// 如果s2为空或者val小于等于s2的栈顶元素，则将val压入s2
if(s2.empty() || val <= s2.top()) s2.push(val);
// 将val压入s1
s1.push(val);
}

void pop() {
// 如果两个栈都为空，则直接返回
if(s1.empty() && s2.empty()) return;
// 如果s1的栈顶元素等于s2的栈顶元素，则也需要从s2中弹出元素
if(s1.top() == s2.top()) s2.pop();
// 从s1中弹出元素
s1.pop();
}

int top() {
// 如果s1为空，则返回-1表示栈为空
if(s1.empty()) return -1;
// 返回s1的栈顶元素
return s1.top();
}

int getMin() {
// 如果s2为空，则返回-1表示栈为空
if(s2.empty()) return -1;
// 返回s2的栈顶元素，即当前栈中的最小值
return s2.top();
}
private:
stack<int> s1;
stack<int> s2;
};

解释：

pop方法中，返回空（null）是因为pop操作本身不返回任何值，它只是移除栈顶元素。如果栈为空，那么就没有元素可以移除，所以返回空表示没有操作发生。

top方法：当s1为空时，意味着栈中没有任何元素，因此没有栈顶元素可以返回。在这种情况下，返回-1作为一个标志值，表示栈为空。这是因为-1通常不会是一个合法的栈元素值，所以可以用作一个错误标志。

getMin方法：同样，当s2为空时，意味着没有最小值可以返回（因为栈中没有任何元素）。因此，返回-1作为一个标志值，表示栈为空。

3. 394. 字符串解码

中等

给定一个经过编码的字符串，返回它解码后的字符串。

编码规则为: k[encoded_string]，表示其中方括号内部的 encoded_string 正好重复 k 次。注意 k 保证为正整数。

你可以认为输入字符串总是有效的；输入字符串中没有额外的空格，且输入的方括号总是符合格式要求的。

此外，你可以认为原始数据不包含数字，所有的数字只表示重复的次数 k ，例如不会出现像 3a 或 2[4] 的输入。

示例 1：

输入：s = "3[a]2[bc]"
输出："aaabcbc"

示例 2：

输入：s = "3[a2[c]]"
输出："accaccacc"

示例 3：

输入：s = "2[abc]3[cd]ef"
输出："abcabccdcdcdef"

示例 4：

输入：s = "abc3[cd]xyz"
输出："abccdcdcdxyz"

提示：

1 <= s.length <= 30
s 由小写英文字母、数字和方括号 '[]' 组成
s 保证是一个有效的输入。
s 中所有整数的取值范围为 [1, 300]

class Solution {
public:
string decodeString(string s) {
string res = ""; // 用于构建最终的解码字符串
stack<int> nums; // 用于存储数字，这些数字表示重复的次数
stack<string> strs; // 用于存储字符串片段
int num = 0; // 用于记录当前读取的数字
int len = s.size(); // 字符串s的长度
for(int i = 0; i < len; ++i) {
if(s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
// 如果当前字符是数字，则累加到num中
num = num * 10 + s[i] - '0';
} else if((s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z') || (s[i] >= 'A' && s[i] <= 'Z')) {
// 如果当前字符是字母，则添加到res中
res = res + s[i];
} else if(s[i] == '[') {
// 如果遇到'['，则将之前的数字和字符串片段压栈
nums.push(num);
num = 0;
strs.push(res);
res = "";
} else {
// 如果遇到']'，则进行解码操作
int times = nums.top();
nums.pop();
for(int j = 0; j < times; ++j)
strs.top() += res;
res = strs.top();
strs.pop();
}
}
return res; // 返回解码后的字符串
}
};