剑指Offer题解——栈和队列
文章目录
- 剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列
- 解法
- 剑指 Offer 30. 包含min函数的栈
- 解法
- 剑指 Offer 59 - I. 滑动窗口的最大值
- 双端队列
- 剑指 Offer 59 - II. 队列的最大值
- 解法
- 剑指 Offer 11. 旋转数组的最小数字
- 二分查找
- 推荐阅读
剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列
剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列
用两个栈实现一个队列。队列的声明如下，请实现它的两个函数 appendTail 和 deleteHead ，分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素，deleteHead 操作返回 -1 )
示例 1：
输入：
["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[3],[],[]]
输出：[null,null,3,-1]
示例 2：
输入：
["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]
输出：[null,-1,null,null,5,2]
提示：
1 <= values <= 10000
最多会对 appendTail、deleteHead 进行 10000 次调用
解法
class CQueue {
Deque<Integer> stack1;
Deque<Integer> stack2;
public CQueue() {
stack1 = new LinkedList<>();
stack2 = new LinkedList<>();
}
public void appendTail(int value) {
stack1.offerFirst(value);
}
public int deleteHead() {
if (stack2.isEmpty()) {
while (!stack1.isEmpty()) {
stack2.offerFirst(stack1.pollFirst());
}
}
if (stack2.isEmpty()) {
return -1;
} else {
int deleteItem = stack2.pollFirst();
return deleteItem;
}
}
}
/**
* Your CQueue object will be instantiated and called as such:
* CQueue obj = new CQueue();
* obj.appendTail(value);
* int param_2 = obj.deleteHead();
*/
剑指 Offer 30. 包含min函数的栈
剑指 Offer 30. 包含min函数的栈
定义栈的数据结构，请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的 min 函数在该栈中，调用 min、push 及 pop 的时间复杂度都是 O(1)。
示例:
MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.min(); --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top(); --> 返回 0.
minStack.min(); --> 返回 -2.
提示：
各函数的调用总次数不超过 20000 次
解法
class MinStack {
private Deque<Integer> stack;
private Deque<Integer> minStack;
private int min;
/** initialize your data structure here. */
public MinStack() {
stack = new LinkedList<>();
minStack = new LinkedList<>();
min = Integer.MAX_VALUE;
}
public void push(int x) {
stack.offerFirst(x);
min = Math.min(min, x);
minStack.offerFirst(min);
}
public void pop() {
stack.pollFirst();
minStack.pollFirst();
min = minStack.isEmpty() ? Integer.MAX_VALUE : minStack.peekFirst();
}
public int top() {
return stack.peekFirst();
}
public int min() {
return minStack.peekFirst();
}
}
/**
* Your MinStack object will be instantiated and called as such:
* MinStack obj = new MinStack();
* obj.push(x);
* obj.pop();
* int param_3 = obj.top();
* int param_4 = obj.min();
*/
剑指 Offer 59 - I. 滑动窗口的最大值
剑指 Offer 59 - I. 滑动窗口的最大值
给定一个数组 nums 和滑动窗口的大小 k，请找出所有滑动窗口里的最大值。
示例:
输入: nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], 和 k = 3
输出: [3,3,5,5,6,7]
解释:
滑动窗口的位置 最大值
--------------- -----
[1 3 -1] -3 5 3 6 7 3
1 [3 -1 -3] 5 3 6 7 3
1 3 [-1 -3 5] 3 6 7 5
1 3 -1 [-3 5 3] 6 7 5
1 3 -1 -3 [5 3 6] 7 6
1 3 -1 -3 5 [3 6 7] 7
提示：
你可以假设 k 总是有效的，在输入数组不为空的情况下，1 ≤ k ≤ 输入数组的大小。
双端队列
详细解题思路
class Solution {
public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {
if (nums.length == 0) {
return new int[0];
}
Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
int size = nums.length;
int[] res = new int[size - k + 1];
int index = 0;
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 删除比当前元素小的元素，维持双端队列对头最大
while (i > 0 && (deque.size() > 0) && nums[i] > deque.peekLast()) {
deque.pollLast();
}
// 当前元素入队
deque.offerLast(nums[i]);
// 处理特殊情况，如果最大的值是上一个滑动窗口里面的值，将其删掉。
if (i >= k && nums[i - k] == deque.peekFirst()) {
deque.pollFirst();
}
// 将结果存到res中
if (i >= k - 1) {
res[index++] = deque.peekFirst();
}
}
return res;
}
}
剑指 Offer 59 - II. 队列的最大值
剑指 Offer 59 - II. 队列的最大值
请定义一个队列并实现函数 max_value 得到队列里的最大值，要求函数max_value、push_back 和 pop_front 的均摊时间复杂度都是O(1)。
若队列为空，pop_front 和 max_value 需要返回 -1
示例 1：
输入:
["MaxQueue","push_back","push_back","max_value","pop_front","max_value"]
[[],[1],[2],[],[],[]]
输出: [null,null,null,2,1,2]
示例 2：
输入:
["MaxQueue","pop_front","max_value"]
[[],[],[]]
输出: [null,-1,-1]
限制：
1 <= push_back,pop_front,max_value的总操作数 <= 10000
1 <= value <= 10^5
解法
本算法基于问题的一个重要性质：当一个元素进入队列的时候，它前面所有比它小的元素就不会再对答案产生影响。
举个例子，如果我们向队列中插入数字序列 1 1 1 1 2，那么在第一个数字 2 被插入后，数字 2 前面的所有数字 1 将不会对结果产生影响。因为按照队列的取出顺序，数字 2 只能在所有的数字 1 被取出之后才能被取出，因此如果数字 1 如果在队列中，那么数字 2 必然也在队列中，使得数字 1 对结果没有影响。
按照上面的思路，我们可以设计这样的方法：从队列尾部插入元素时，我们可以提前取出队列中所有比这个元素小的元素，使得队列中只保留对结果有影响的数字。这样的方法等价于要求维持队列单调递减，即要保证每个元素的前面都没有比它小的元素。
class MaxQueue {
Queue<Integer> queue;
Deque<Integer> maxQueue;
public MaxQueue() {
queue = new LinkedList<>();
maxQueue = new LinkedList<>();
}
public int max_value() {
if (maxQueue.isEmpty()) {
return -1;
}
return maxQueue.peekFirst();
}
public void push_back(int value) {
while (!maxQueue.isEmpty() && maxQueue.peekLast() < value) {
maxQueue.pollLast();
}
queue.offer(value);
maxQueue.offerLast(value);
}
public int pop_front() {
if (queue.isEmpty()) {
return -1;
}
int ans = queue.peek();
if (ans == maxQueue.peekFirst()) {
maxQueue.pollFirst();
}
return queue.poll();
}
}
/**
* Your MaxQueue object will be instantiated and called as such:
* MaxQueue obj = new MaxQueue();
* int param_1 = obj.max_value();
* obj.push_back(value);
* int param_3 = obj.pop_front();
*/
剑指 Offer 11. 旋转数组的最小数字
剑指 Offer 11. 旋转数组的最小数字
把一个数组最开始的若干个元素搬到数组的末尾，我们称之为数组的旋转。输入一个递增排序的数组的一个旋转，输出旋转数组的最小元素。例如，数组 [3,4,5,1,2] 为 [1,2,3,4,5] 的一个旋转，该数组的最小值为1。
示例 1：
输入：[3,4,5,1,2]
输出：1
示例 2：
输入：[2,2,2,0,1]
输出：0
二分查找
class Solution {
public int minArray(int[] numbers) {
int left = 0, right = numbers.length - 1;
while (left < right) {
int mid = left + ((right - left) >> 1);
if (numbers[mid] < numbers[right]) {
right = mid;
} else if (numbers[mid] > numbers[right]) {
left = mid + 1;
} else {
right--;
}
}
return numbers[left];
}
}
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