Parenthèses Valides en Python : Résolvez cette Question d’Entretien

Introduction

Dans le monde des entretiens techniques pour développeurs, certaines questions reviennent fréquemment en raison de leur capacité à évaluer les compétences fondamentales en programmation. Parmi celles-ci, la vérification des « parenthèses valides » est une tâche classique. Comprendre et résoudre ce problème démontre non seulement une capacité à manipuler les structures de données, mais aussi à implémenter des solutions algorithmiques efficaces.

Cet article vise à vous fournir non seulement une compréhension claire du problème des parenthèses valides, mais aussi à explorer des solutions possibles en Python. Que vous débutiez dans la préparation aux entretiens ou que vous souhaitiez affiner vos compétences, cet article vous fournira les bases nécessaires.

Comprendre le Problème des Parenthèses Valides

Description du Problème

Avoir des « parenthèses valides » signifie que dans une expression composée de différents types de parenthèses (comme (), {}, []), chaque parenthèse ouvrante doit avoir une parenthèse fermante correspondante dans le bon ordre. Pour illustrer cela :

• Chaînes valides : "()", "()[]{}", "{[]}", "({[]})"
• Chaînes non valides : "(]", "([)]", "({"

Cas d’Utilisation dans les Interviews

Les recruteurs adorent poser cette question car elle permet d’évaluer plusieurs compétences essentielles :
– Logique de programmation : Pouvez-vous comprendre et décrire la mécanique du problème ?
– Usage des structures de données : Savez-vous quand et comment utiliser une pile (stack) ?
– Efficacité algorithmique : Pouvez-vous concevoir une solution optimisée ?

Approches de Résolution du Problème

Utilisation d’une Pile (Stack)

La pile est une structure de données idéale pour résoudre ce type de problème. L’algorithme utilise une pile pour maintenir toutes les parenthèses ouvrantes rencontrées et vérifie que chaque parenthèse fermante correspond à la dernière parenthèse ouvrante.

Algorithme pas à pas :

1. Initialise une pile vide.
2. Itère sur chaque caractère de la chaîne.
3. Si le caractère est une parenthèse ouvrante ((, {, [), le pousse dans la pile.
4. Si le caractère est une parenthèse fermante, vérifie qu’elle correspond à la parenthèse au sommet de la pile et retire cette dernière.
5. Si la pile est vide à la fin de l’itération, la chaîne est valide ; sinon, elle ne l’est pas.

Exemple de code en Python

def parentheses_valides(s):
    if not s:
        return True
    stack = []
    mapping = {')': '(', '}': '{', ']': '['}

    for char in s:
        if char in mapping:  # Si le caractère est une parenthèse fermante
            top_element = stack.pop() if stack else '#'  # Récupère le sommet de pile ou un flag
            if mapping[char] != top_element:
                return False
        else:
            stack.append(char)  # Empile si c'est une parenthèse ouvrante

    return not stack

# Tests de base
print(parentheses_valides("()[]{}"))  # True
print(parentheses_valides("(]"))      # False
print(parentheses_valides("([)]"))    # False

Analyse de la complexité :

• Complexité temporelle : O(n) où n est la longueur de la chaîne, car chaque caractère est traité une fois.
• Complexité spatiale : O(n) dans le pire des cas pour la pile, si tous les caractères sont des parenthèses ouvrantes.

Autres Approches Possibles

1. Utilisation de compteurs pour des parenthèses simples : Convient uniquement aux (), pas extensible aux {} ou [].
2. Algorithme basé sur des remplacements de chaînes : Remplacer () dans la chaîne jusqu’à stabilisation – moins optimal car il a une complexité temporelle élevée en raison des remplacements répétés.

Implémentation en Python

Solution avec une Pile

Voici un code détaillé expliquant la solution avec gestion des cas particuliers tels que des entrées vides ou des caractères non parenthèses :

def parentheses_valides(s):
    stack = []
    mapping = {')': '(', '}': '{', ']': '['}

    for char in s:
        if char in mapping:
            top_element = stack.pop() if stack else '#' 
            if mapping[char] != top_element:
                return False
        else:
            stack.append(char)
    return not stack

Tests Unitaires

La création de tests unitaires est cruciale pour garantir que notre solution fonctionne dans toutes les conditions prévues.

import unittest

class TestParenthesesValides(unittest.TestCase):
    def test_valid_cases(self):
        self.assertTrue(parentheses_valides("()"))
        self.assertTrue(parentheses_valides("()[]{}"))
        self.assertTrue(parentheses_valides("{[]}"))

    def test_invalid_cases(self):
        self.assertFalse(parentheses_valides("(]"))
        self.assertFalse(parentheses_valides("([)]"))
        self.assertFalse(parentheses_valides("{[}"))

    def test_edge_cases(self):
        self.assertTrue(parentheses_valides(""))
        self.assertFalse(parentheses_valides("("))
        self.assertFalse(parentheses_valides(")"))

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

Optimisations et Améliorations Potentielles

• Efficacité : La solution est déjà optimale en ce qui concerne le temps et l’espace.
• Lisibilité : Utiliser des noms de variables et des commentaires clairs améliore la compréhension du code.
• Évolutivité : Pour étendre à d’autres symboles, il suffit de mettre à jour le mapping.

Application Pratique et Conseils d’Entretien

Conseils pour Expliquer votre Solution pendant un Entretien

• Commencez par expliquer le problème avant de plonger dans le code.
• Structurez votre réponse autour de l’algorithme (pile) et de la logique de correspondance des parenthèses.
• Justifiez vos choix de structures de données et d’algorithmes.

Erreurs Communes à Éviter

• Oublier de gérer des cas spéciaux comme des caractères non parenthèses.
• Ne pas vérifier la validité du sommet de pile avant de défiler.
• Négliger l’importance des tests.

Extension du Problème

Les variantes fréquentes incluent :
– Parenthèses imbriquées de différents types : commun dans les langages avec des structures conditionnelles imbriquées.
– Parenthèses dans un contexte de syntaxe de langage : où d’autres caractères (comme des opérateurs) peuvent être présents.

Conclusion

Cet article a exploré le problème des parenthèses valides, une question populaire en entretien. En comprenant bien cette question et en s’entraînant avec des implémentations en Python, vous vous préparerez mieux pour vos futures sessions techniques. Continuez à vous entraîner régulièrement et explorez divers types de problèmes pour renforcer vos compétences.

Ressources Supplémentaires

• Tutoriels vidéo
• Livres recommandés : « Cracking the Coding Interview » pour des pratiques d’entretien.
• Rejoignez des communautés en ligne comme Stack Overflow pour discuter et approfondir vos connaissances.

Appel à l’Action

Prenez le temps d’implémenter vous-même la solution et de tester divers cas. Partagez vos propres expériences et approches alternatives dans les commentaires pour bénéficier de l’échange avec d’autres passionnés de programmation.