32.Longest Valid Parentheses---dp

题目链接：https://leetcode.com/problems/longest-valid-parentheses/description/

题目大意：找出最长的括号匹配的子串长度。例子："(()("长度是2；"()()(())"长度是8

解法一：利用三层for循环，逐一的找每一个子串，并判断每一个子串是否是括号匹配的。很遗憾，超时了。代码如下：

    public int longestValidParentheses(String s) {
        int res = 0;
        for(int i = 0; i < s.length(); i++) {//逐一查看每一个子串
            for(int j = i + 2; j <= s.length(); j += 2) {
                int cnt = parentheses(s.substring(i, j));
                if(res < cnt) {
                    res = cnt;
                }
            }
        }
        return res;
    }
    //判断是否是括号匹配的
    public static int parentheses(String s) {
        Stack<Character> st = new Stack<Character>();
        int cnt = 0;
        for(int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if(c == ')') {
                if(!st.isEmpty() && st.peek() == '(') {
                    cnt++;
                    st.pop();
                }
                else {
                    return 0;
                }
            }
            else {
                st.push(c);
            }
        }
        if(!st.isEmpty()) {
            return 0;
        }
        return cnt * 2;
    }

 解法二（借鉴）：用栈存储左括号下标，而不是'('左括号。如果是'('，则将下标压栈。如果是')'，则查看栈的情况，如果栈空，则记录下一个子串开始的位置下标（即i+1）；如果非空，则查看栈中元素情况，如果只有一个'('，则弹出计数子串长度，如果有多个'('，则计数到目前为止的匹配的子串长度情况。或者同时压栈存储左括号和右括号下标，当遇到')'，则查看栈顶元素，如果是'('，则计数，否则压栈。这两种方法都是o(n)的时间复杂度。代码如下（耗时26ms）：

第一种压栈左括号下标的方法：

public int longestValidParentheses(String s) {
        Stack<Integer> st = new Stack<Integer>();//存'('下标
        int res = 0, lastIndex = 0, length = s.length();
        for(int i = 0; i < length; i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if(c == '(') {//如果是'('，将下标压栈
                st.push(i);
            }
            else {//如果是')'，分情况讨论
                if(st.isEmpty()) {//如果为空，则出现')'没有'('匹配的情况，则当前子串结束，下一个子串的开始位置即是当前子串结束的下一个位置
                    lastIndex = i + 1;
                }
                else {//如果非空，可能出现两种情况：'()'或'(())'
                    st.pop();
                    if(st.isEmpty()) {//如果为空，则说明栈中没有'('需要匹配
                        res = Math.max(res, i - lastIndex + 1);
                    }
                    else {//如果非空，则当前栈中还有'('存在
                        res = Math.max(res, i - st.peek());
                    }
                }
            }
        }
        return res;
    }

第二种压栈左括号和右括号下标的方法（基本与上面第一种一样）：

    public int longestValidParentheses(String s) {
        Stack<Integer> st = new Stack<Integer>();
        int res = 0, length = s.length();
        for(int i = 0; i < length; i++) {
            if(s.charAt(i) == '(') {//左括号压栈下标
                st.push(i);
            }
            else {//遇到右括号
                if(st.isEmpty()) {//如果栈空，则压栈右括号下标
                    st.push(i);
                }
                else {
                    if(s.charAt(st.peek())== '(') {//如果栈顶元素是左括号，则匹配，退栈计数子串长度
                        st.pop();
                        res = Math.max(res, (i - (st.isEmpty() ? -1 : st.peek())));
                    }
                    else {//如果栈顶元素是右括号，则压栈右括号下标
                        st.push(i);
                    }
                }
            }
        }
        return res;
    }

解法三：利用dp。首先dp[i] 表示从s[i]往前推最长能匹配的子串，换句话说，就是到s[i]为止的最长匹配子串后缀。那么当对于下面几种情况进行分析：

1. s[i] ==’(’     s[i]为左括号，dp[i]=0这个很好理解。
2. s[i] ==’)’　　这就要分情况了
　　a) 如果s[i-1]是’(’说明已经完成了一次匹配，子串长度为2，但是还要加上dp[i-2]的大小，也就是当前匹配的这对括号前面的最长匹配长度，它们是相连的。
　　b) 如果s[i-1]是’)’这样不能匹配，则需要考虑s[i-1-dp[i-1]]的情况了，如果s[i-1-dp[i-1]]是一个左括号，则与当前右括号匹配，那么此时我们令dp[i]=dp[i-1]+2，这个2就是刚刚匹配的左右括号。最后还要把dp[i-2-dp[i-1]]（即与当前括号')'匹配的'('前面一个位置的dp长度，它们是相连的）值加起来，把相连的最大长度求出来。代码如下（耗时20ms）：

    public int longestValidParentheses(String s) {
        int length = s.length();
        int[] dp = new int[length];
        int res = 0;
        for(int i = 0; i < length; i++) {
            dp[i] = 0;
            if(s.charAt(i) == ')' && (i - 1) >= 0) {
                if((i - 1) >= 0 && s.charAt(i - 1) == '(') {//如果前一个位置与当前括号')'匹配
                    dp[i] = 2;//暂且只计算匹配的'('')'
                    if(i - 2 >= 0) {//加上与')'匹配的'('前一个位置的dp匹配长度
                        dp[i] += dp[i - 2];
                    }
                }
                else {//如果前一个位置与当前括号'('不匹配
                    if((i - 1 - dp[i - 1]) >= 0 && s.charAt(i - 1 - dp[i - 1]) == '(') {//查看【前一个位置下标-匹配数】之后的字符与当前括号')'是否匹配
                        dp[i] = dp[i - 1] + 2;//如果匹配，则在前一个位置匹配数的情况下+2，即加上刚与当前')'匹配的左右括号数量
                        if(i - 2 - dp[i - 1] >= 0) {//加上与')'匹配的'('前一个位置的dp匹配长度
                            dp[i] += dp[i - 2 - dp[i - 1]];
                        }
                    }
                }
            }
            res = Math.max(res, dp[i]);
        }
        return res;
    }