news 2026/5/12 3:54:18

括号配对(信息学奥赛一本通- P1572)

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张小明

前端开发工程师

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括号配对(信息学奥赛一本通- P1572)

【题目描述】

Hecy 又接了个新任务:BE 处理。BE 中有一类被称为 GBE。

以下是 GBE 的定义:

空表达式是 GBE

如果表达式 A 是 GBE,则 [A] 与 (A) 都是 GBE

如果 A 与 B 都是 GBE,那么 AB 是 GBE。

【输入】

输入仅一行,为字符串 BE。

【输出】

输出仅一个整数,表示增加的最少字符数

【输入样例】

[])

【输出样例】

1

【提示】

数据范围与提示:

对于 100% 的数据,输入的字符串长度小于 100。

在区间动态规划的题库中,括号匹配类问题占据了半壁江山。今天我们要解决的这道Hecy的GBE 任务,就是一个非常典型的代表。

题目要求我们通过最少的添加字符操作,把一个乱序的括号字符串变成合法的GBE序列。

1. 题目重述与分析

输入:一个由(,),[,]组成的字符串S。

输出:最少需要添加多少个字符,才能使S变成合法的括号序列?

数据范围:长度< 00。

核心思维转换

面对“最少添加”这类问题,直接思考在哪里加字符往往比较困难。我们可以尝试逆向思维

  1. 如果我们能保留字符串中尽可能多的字符,让它们本身就构成一个合法的子序列。

  2. 那么,剩下的那些“无法匹配”的字符,就是必须通过添加字符来补全的。

  3. 结论

    最少添加数=字符串总长度-最长合法子序列的长度

这样,问题就从“求最少添加”转化为了“求区间内的最长合法子序列”。这正是区间DP最擅长的领域。

2. 动态规划设计

状态定义

定义dp[i][j]为:字符串中下标从i到j的子串中,最长合法子序列的长度。

状态转移方程

对于区间[i, j],我们依然采用区间DP的标准“三板斧”:

1. 拼接结构

任何一个区间都可以从中间某个点k切开,其最长合法长度等于左边加右边。这也是区间 DP 的基础。

dp[i][j] =

注意:这个枚举其实也隐含了“放弃 s[i]”或者“放弃 s[j]”的情况(当k=i或k=j-1且边界值为0时)。

2. 包围结构

如果区间的左右端点s[i]和s[j]恰好能配对(即()[]),那么它们可以把中间的最优解“包”起来,贡献 2 个长度。

=

边界与初始化

  • 初始化memset(dp, 0)。长度为 1 的区间(如[)无法构成合法序列,长度自然为 0,符合逻辑。

  • 循环顺序:经典的枚举长度len枚举左端点i枚举分割点k

3. 完整代码

#include <iostream> #include <cstring>//对应memset #include <algorithm>//对应max using namespace std; string s; int dp[110][110];//dp[i][j]代表s[i]-s[j]的最长合法子序列 int main(){ cin>>s; //因为求最长合法子序列 所以初始化为0 memset(dp,0,sizeof(dp)); //枚举区间长度 len代表区间长度 //从小到大计算出所有所有区间的合法子序列长度 //计算大区间必须先计算出小的 for(int len=2;len<=s.size();len++){ //枚举:左端点i (确保 i+len-1不越界) for(int i=0;i<s.size()-len+1;i++){ int j=i+len-1;//右端点 //1尝试“包围结构”,判断s[i]和s[j]是否配对 if((s[i]=='('&&s[j]==')')||(s[i]=='['&&s[j]==']')) //如果配对,长度=中间部分的长度 + 2 //这里的dp[i+1][j-1]已经在len-2的时候算过了 dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i+1][j-1]+2); //2尝试“拼接结构”,枚举分割点k,取最大值,这个循环同时也覆盖了“丢弃 s[i]”或“丢弃 s[j]”的情况 for(int k=i;k<j;k++){//分界线k dp[i][j]=max(dp[i][j],dp[i][k]+dp[k+1][j]); } } } //输出字符串长度剪去最长合法子序列长度就是落单未配对的数量 //即为我们需要增加的数量 cout<<s.size()-dp[0][s.size()-1]; return 0; }

4. 易错点与总结

  1. 下标问题string的下标是从0开始的,所以循环范围是0n-1

  2. 转移顺序:一定要先处理if配对的情况,再跑for k循环来更新最大值(或者像代码中这样,在for k中不断取max覆盖)。

  3. 思维误区:有些同学会尝试直接定义dp[i][j]为“最少添加数”。

    • 如果定义为最少添加数,转移方程变为:

      • 若配对:dp[i][j] = min(dp[i][j], dp[i+1][j-1])

      • 通用:dp[i][j] = min(dp[i][k] + dp[k+1][j])

    • 这也是一种解法,但“最长合法子序列”的思路往往更容易理解,因为它把问题变成了我们在LIS或LCS中熟悉的“求最长”模型。

通过这道题,我们可以看到:区间 DP 的核心在于如何把大区间拆分成小区间。无论是“拼接”还是“包围”,本质上都是在寻找问题的最优子结构

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