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。
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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：