LeetCode 394. 字符串解码详解：Java栈实现与逐行解析

1. 问题描述

给定一个经过编码的字符串，要求将其解码为原始字符串。编码规则为 k[encoded_string]，表示方括号内的 encoded_string 重复 k 次。其中 k 为正整数，且输入的字符串保证合法。编码字符串中可能存在多层嵌套括号，例如 3[a2[c]] 解码后为 accaccacc。

示例：

• 输入：s = "3[a2[c]]"
• 输出："accaccacc"

2. 解决思路

核心问题

处理嵌套括号和重复次数的叠加关系，需确保内层括号的字符串先解码，再与外层结果拼接。

栈的应用

• 双栈结构：使用两个栈分别存储重复次数和字符串片段。
  • 次数栈 (countStack)：存储遇到的重复次数 k。
  • 字符串栈 (stringStack)：存储遇到左括号 [ 前的字符串片段。
• 当前状态维护：
  • num：累积当前数字（可能为多位数）。
  • res：记录当前正在处理的字符串。

遍历逻辑

1. 遇到数字：累积到 num。
2. 遇到左括号 [：将 num 和 res 压入栈，并重置 num 和 res。
3. 遇到右括号 ]：弹出栈顶元素，拼接重复后的字符串。
4. 遇到字母：直接追加到当前字符串。

3. 完整代码实现

import java.util.Stack;class Solution {public String decodeString(String s) {StringBuilder res = new StringBuilder(); // 当前处理的字符串Stack<Integer> countStack = new Stack<>(); // 存储重复次数k的栈Stack<StringBuilder> stringStack = new Stack<>(); // 存储外层字符串的栈int num = 0; // 当前累积的数字for (char c : s.toCharArray()) {if (Character.isDigit(c)) {// 处理多位数字，如 "100" 中的 '1','0','0'num = num * 10 + (c - '0');} else if (c == '[') {// 压栈：保存当前状态（重复次数和字符串）countStack.push(num);stringStack.push(res);// 重置状态，准备处理括号内的内容res = new StringBuilder();num = 0;} else if (c == ']') {// 弹出栈顶元素，拼接重复后的字符串int k = countStack.pop(); // 重复次数StringBuilder prev = stringStack.pop(); // 外层字符串片段String temp = res.toString(); // 当前括号内的结果for (int i = 0; i < k; i++) {prev.append(temp); // 重复k次并拼接}res = prev; // 更新当前字符串为拼接后的结果} else {// 字母字符直接追加res.append(c);}}return res.toString();}
}

4. 关键代码解析

处理右括号 ]

int k = countStack.pop();       // 弹出最近的重复次数k
StringBuilder prev = stringStack.pop(); // 弹出外层字符串片段
String temp = res.toString();   // 当前括号内的字符串for (int i = 0; i < k; i++) {   prev.append(temp);          // 将temp重复k次拼接到prev
}res = prev; // 更新当前字符串为拼接后的结果

• 弹出栈顶元素：k 是当前括号的重复次数，prev 是进入当前括号前的外层字符串。
• 拼接逻辑：将当前括号内的字符串 temp 重复 k 次，拼接到 prev 后，更新 res。

处理嵌套的示例

以 3[a2[c]] 为例：

1. 初始状态：res = ""，栈为空。
2. 遇到 3[：压栈 countStack = [3]，stringStack = [""]，重置 res = ""。
3. 处理 a：res = "a"。
4. 遇到 2[：压栈 countStack = [3, 2]，stringStack = ["", "a"]，重置 res = ""。
5. 处理 c：res = "c"。
6. 遇到 ]：弹出 k=2 和 prev="a"，拼接后 res = "acc"。
7. 再次遇到 ]：弹出 k=3 和 prev=""，拼接后 res = "accaccacc"。

5. 复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是解码后的字符串长度。每个字符最多被处理一次。
• 空间复杂度：O(m)，m 是输入字符串中括号的嵌套层数，栈的深度与嵌套层数相关。

6. 总结

通过栈结构，可以高效处理嵌套括号问题，每次遇到左括号时保存当前状态，遇到右括号时恢复状态并拼接结果。该方法逻辑清晰，能够处理任意层数的嵌套结构，是解决此类编码字符串问题的经典方案。