LeetCode——726. 原子的数量(Number of Atoms)[困难]——分析及代码（Java）

一、题目

给定一个化学式formula（作为字符串），返回每种原子的数量。

原子总是以一个大写字母开始，接着跟随0个或任意个小写字母，表示原子的名字。

如果数量大于 1，原子后会跟着数字表示原子的数量。如果数量等于 1 则不会跟数字。例如，H2O 和 H2O2 是可行的，但 H1O2 这个表达是不可行的。

两个化学式连在一起是新的化学式。例如 H2O2He3Mg4 也是化学式。

一个括号中的化学式和数字（可选择性添加）也是化学式。例如 (H2O2) 和 (H2O2)3 是化学式。

给定一个化学式，输出所有原子的数量。格式为：第一个（按字典序）原子的名子，跟着它的数量（如果数量大于 1），然后是第二个原子的名字（按字典序），跟着它的数量（如果数量大于 1），以此类推。

示例 1:

输入: 
formula = "H2O"
输出: "H2O"
解释: 
原子的数量是 {'H': 2, 'O': 1}。

示例 2:

输入: 
formula = "Mg(OH)2"
输出: "H2MgO2"
解释: 
原子的数量是 {'H': 2, 'Mg': 1, 'O': 2}。

示例 3:

输入: 
formula = "K4(ON(SO3)2)2"
输出: "K4N2O14S4"
解释: 
原子的数量是 {'K': 4, 'N': 2, 'O': 14, 'S': 4}。

注意:

• 所有原子的第一个字母为大写，剩余字母都是小写。
• formula的长度在 [1, 1000] 之间。
• formula只包含字母、数字和圆括号，并且题目中给定的是合法的化学式。

来源：力扣（LeetCode）
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二、分析及代码

1. 栈 + 哈希表 + 有序集合

（1）思路

基于哈希表存储各原子的名称及数量，结合栈对括号进行处理，通过向栈顶添加新哈希表处理当前括号内的元素。最后，结合有序集合，按字典序输出各原子及其数量。

（2）代码

class Solution {
    public String countOfAtoms(String formula) {
        char[] input = formula.toCharArray();//转为char[]简化代码
        int n = input.length;
        Deque<Map<String, Integer>> sta = new LinkedList<>();//栈，存放哈希表
        sta.push(new HashMap<String, Integer>());//添加栈顶哈希表

        //获得各原子及其数量
        for (int i = 0; i < n; i++) {//遍历化学式
            if (input[i] == '(')//遇到左括号
                sta.push(new HashMap<String, Integer>());//向栈顶添加新哈希表，记录该括号内的原子及数量
            else if (input[i] == ')') {//遇到右括号
                //获取该括号内的原子数量倍数
                int multi = 0;
                while (i + 1 < n && input[i + 1] >= '0' && input[i + 1] <= '9')
                    multi = multi * 10 + (int)(input[++i] - '0');
                if (multi == 0)
                    multi = 1;
                //将该括号内的原子及其数量，与倍数相乘后加入上一层的哈希表
                Map<String, Integer> thisMap = sta.poll();
                Iterator it = thisMap.entrySet().iterator();
                while (it.hasNext()) {//遍历当前括号内的原子
                    Map.Entry entry = (Map.Entry)it.next();
                    String str = (String)entry.getKey();
                    int count = (int)entry.getValue();
                    sta.peek().put(str, sta.peek().getOrDefault(str, 0) + count * multi);//加入上一层的哈希表
                }
            } else {//遇到原子，将其名称及数量加入栈顶哈希表
                //获取原子名称
                StringBuffer sb = new StringBuffer();
                sb.append(input[i]);
                while (i + 1 < n && input[i + 1] >= 'a' && input[i + 1] <= 'z')
                    sb.append(input[++i]);
                String str = sb.toString();
                //获取原子数量
                int count = 0;
                while (i + 1 < n && input[i + 1] >= '0' && input[i + 1] <= '9')
                    count = count * 10 + (int)(input[++i] - '0');
                if (count == 0)
                    count = 1;
                sta.peek().put(str, sta.peek().getOrDefault(str, 0) + count);
            }
        }

        //按字典序输出各原子及数量
        StringBuffer ans = new StringBuffer();
        Map<String, Integer> map = sta.poll();//获得栈顶哈希表，即记录了化学式中所有原子名称及数量的总哈希表
        TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>(map);//将哈希表中的原子按名称字典序排列
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : treeMap.entrySet()) {//依次输出原子信息
            ans.append(entry.getKey());
            int count = (int)entry.getValue();
            if (count > 1)//数量大于1时，添加数字
                ans.append(count);
        }
        return ans.toString();
    }
}

（3）结果

执行用时 ：5 ms，在所有 Java 提交中击败了 85.71% 的用户；
内存消耗 ：36.6 MB，在所有 Java 提交中击败了 95.36% 的用户。

三、其他

暂无。