leetcode之 Generate Parentheses

题目：http://oj.leetcode.com/problems/generate-parentheses/

描述：给定一个非负整数n，生成n对括号的所有合法排列。

解答：

该问题解的个数就是卡特兰数，但是现在不是求个数，而是要将所有合法的括号排列打印出来。

       该问题和《编程之美》的买票找零问题一样，通过买票找零问题我们可以知道，针对一个长度为2n的合法排列，第1到2n个位置都满足如下规则：左括号的个数大于等于右括号的个数。所以，我们就可以按照这个规则去打印括号：假设在位置k我们还剩余left个左括号和right个右括号，如果left>0，则我们可以直接打印左括号，而不违背规则。能否打印右括号，我们还必须验证left和right的值是否满足规则，如果left>=right，则我们不能打印右括号，因为打印会违背合法排列的规则，否则可以打印右括号。如果left和right均为零，则说明我们已经完成一个合法排列，可以将其打印出来。通过深搜，我们可以很快地解决问题，针对n=2，问题的解空间如下：

按照这种思路，代码如下：

[cpp] view plaincopyprint?

1. void generate(int leftNum,int rightNum,string s,vector<string> &result)  
2.     {  
3.         if(leftNum==0&&rightNum==0)  
4.         {  
5.             result.push_back(s);  
6.         }  
7.         if(leftNum>0)  
8.         {  
9.             generate(leftNum-1,rightNum,s+'(',result);  
10.         }  
11.         if(rightNum>0&&leftNum<rightNum)  
12.         {  
13.             generate(leftNum,rightNum-1,s+')',result);  
14.         }  
15. }  

网上对该问题的解答非常多，无一例外都采用了递归，但是鲜见和上面思路如此清晰的算法。上述算法的思路是很多问题的通解，值得仔细研究。

作为一个例子，看一下数组的入栈出栈顺序问题：给定一个长度为n的不重复数组，求所有可能的入栈出栈顺序。该问题解的个数也是卡特兰数，根据上面的思路，我们也可以写出一个类似的代码：

[cpp] view plaincopyprint?

1. void inoutstack(int in,int out,deque<int> &q,stack<int> &s,deque<int> seq,vector<deque<int>> &result)  
2.     {  
3.         if(!in&&!out)  
4.         {  
5.             result.push_back(q);  
6.             return;  
7.         }  
8.   
9.         if(in>0)  
10.         {  
11.             s.push(seq.front());  
12.             seq.pop_front();  
13.             inoutstack(in-1,out,q,s,seq,result);  
14.             seq.push_front(s.top());  
15.             s.pop();  
16.         }  
17.   
18.         if(out>0&&in<out)  
19.         {  
20.             q.push_back(s.top());  
21.             s.pop();  
22.             inoutstack(in,out-1,q,s,seq,result);  
23.             s.push(q.back());  
24.             q.pop_back();  
25.         }  
26.     }  

上述代码由于采用了栈和队列模仿整个过程，所以显得略微复杂，但是代码的基本结构还是符合一个类似的基本规则：在某一个特定时刻，入栈的次数大于或者等于出栈的次数。在生成括号的问题中，我们利用一个string来保存结果，由于打印左括号时不影响打印右括号，所以无需复杂的状态恢复。在入栈出栈顺序问题中，由于两次递归调用共享同一个栈和队列，所以我们需要手动恢复其内容。在恢复时，队列会从头部删除和添加，所以我们采用了deque，它可以在头部添加和删除元素。queue只能在头部删除元素，所以没有采用。