栈与队列面试题一
栈与队列面试题
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- 题目一：有效的括号
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- 基本思路：
- 方法一：运用stl中的栈写
- 方法二：实现一个栈再写
- 题目二：用队列实现栈
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- 基本思路：
- 方法一：运用stl中的两个队列实现栈
- 方法二:实现队列再模拟成栈
- 题目三：用栈实现队列
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- 基本思路：
- 方法一：运用stl中的两个栈来实现队列
- 方法二：实现栈后再模拟成队
- 题目四：设计循环队列
-
- 基本思路：
题目一：有效的括号
题目：给定一个只包括 ‘(’，’)’，’{’，’}’，’[’，’]’ 的字符串 s ，判断字符串是否有效。
有效字符串需满足：
左括号必须用相同类型的右括号闭合。 左括号必须以正确的顺序闭合。
示例 1：
输入：s = “()” 输出：true 示例 2：
输入：s = “()[]{}” 输出：true 示例 3：
输入：s = “(]” 输出：false 示例 4：
输入：s = “([)]” 输出：false 示例 5：
输入：s = “{[]}” 输出：true
基本思路：
由于栈的数据元素遵守后进先出(Last In First Out)。
我们首先遍历字符串，遇到前括号直接入栈。遇到后括号，判断该后括号与栈顶的前括号是否匹配，
正常情况一：若不匹配则，返回false；
正常情况二：若匹配则删除栈顶元素，继续遍历字符串，直到字符串遍历完毕。如果遍历到栈为空
还是匹配的，则表明该字符串的括号匹配，返回true；
特殊情况一：当栈内没有任何元素时，碰到了右括号；此时就表明括号不匹配，直接返回false；
特殊情况二：当栈内还有元素但字符串遍历到'\0'时，此时说明还有前括号未匹配也不匹配，
直接返回false；
正常情况三：当字符串遍历完后，并且栈内为空，此时表明括号匹配成功，返回true；
方法一：运用stl中的栈写
代码如下：
bool isValid(string s)
{
stack<char>st; //存储字符串的栈
int i=0; //下标
bool flag=true; //假定默认括号就是匹配的
while(s[i]!='\0')
{
if( (s[i]=='(') || (s[i]=='{') || (s[i]=='['))
{
//碰到左括号全部压入栈
st.push(s[i]);
i++;
}
else
{
if(st.empty()) //如果栈为空，但是碰到了右括号，则表明括号不匹配
{
flag=false;
return flag;
}
//不匹配的情况
if( (st.top()=='['&&s[i]!=']')
||( st.top()=='('&&s[i]!=')')
||( st.top()=='{'&&s[i]!='}') )
{
flag=false;
return flag;
}
//匹配就让它继续往后走，并把匹配的字符弹出栈
else
{
st.pop();
i++;
}
}
}
//如果栈内还有左括号，但是没有右括号了，则表明不匹配
if(!st.empty())
{
flag=false;
return flag;
}
return flag;
}
方法二：实现一个栈再写
代码如下：
typedef char StackDataType;
typedef struct Stack
{
StackDataType* _array; //动态数组
int _top; //栈顶下标
int _capacity; //容量大小
}stack;
//动态数组的初始化
void StackInit(stack* pst)
{
assert(pst != NULL);
pst->_array = (StackDataType*)malloc(sizeof(StackDataType) * 4);
if (pst->_array == NULL)
{
printf("初始化失败\n");
exit(-1);
}
pst->_capacity = 4;
pst->_top = 0;
}
//销毁
void StackDestory(stack* pst)
{
free(pst->_array);
pst->_array = NULL;
pst->_top = 0;
pst->_capacity = 0;
}
//入栈
void StackPush(stack* pst, const StackDataType x)
{
assert(pst != NULL);
if (pst->_top == pst->_capacity)
{
pst->_capacity *= 2; //扩充容量至原来的二倍
StackDataType* temp = (StackDataType*)realloc(pst->_array, sizeof(StackDataType) * pst->_capacity);
if (temp == NULL) //如果扩容失败则退出程序
{
printf("扩容失败\n");
exit(-1);
}
else
{
pst->_array = temp;
}
}
pst->_array[pst->_top] = x;
pst->_top++;
}
//出栈
void StackPop(stack* pst)
{
assert(pst != NULL);
assert(pst->_top > 0);
--pst->_top;
}
//获取栈顶元素
StackDataType StackTop(stack* pst)
{
assert(pst != NULL);
assert(pst->_top > 0);
return pst->_array[pst->_top - 1];
}
//判空
//返回true是空，返回false为非空
bool StackEmpty(stack* pst)
{
assert(pst != NULL);
if (pst->_top == 0)
{
return true;
}
return false;
}
bool isValid(char * s)
{
stack st;
StackInit(&st);
bool temp;
while(*s!='\0')
{
if(*s=='('||*s=='['||*s=='{')
{
StackPush(&st,*s);
}
else
{
if(StackEmpty(&st))
{
temp=false;
break;
}
char top=StackTop(&st);
if(top!='['&&*s==']')
{
temp=false;
break;
}
if(top!='('&&*s==')')
{
temp=false;
break;
}
if(top!='{'&&*s=='}')
{
temp=false;
break;
}
StackPop(&st);
}
s++;
}
if(*s=='\0')
{
temp=StackEmpty(&st);
}
//把栈销毁掉，不然会造成内存泄漏
StackDestory(&st);
return temp;
}
题目二：用队列实现栈
题目：请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通队列的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。
实现 MyStack 类：
void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
int pop() 移除并返回栈顶元素。
int top() 返回栈顶元素。
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。
注意：
你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。
你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。
基本思路：
入栈操作时，首先将元素入队到queue 2 ，然后将queue 1的全部元素依次出队并入队到queue2，此时queue 2的前端的元素即为新入栈的元素，再将queue 1 和 queue 2互换，queue 1 的元素即为栈内的元素，queue 1 的前端和后端分别对应栈顶和栈底。
方法一：运用stl中的两个队列实现栈
代码如下：
class MyStack {
public:
// Initialize your data structure here.
queue<int>q1;
queue<int>q2;
//默认构造函数
MyStack()
{
}
// Push element x onto stack.
void push(int x)
{
q2.push(x);
while (!q1.empty())
{
//把q1队头的元素插入到q2的队尾
q2.push(q1.front());
q1.pop();
}
//运用全局函数swap来交换两个队列
swap(q1, q2);
}
// Removes the element on top of the stack and returns that element.
int pop()
{
//先获取队头的元素的值，在pop掉队头元素
int cur = q1.front();
q1.pop();
return cur;
}
// Get the top element.
int top()
{
return q1.front();
}
// Returns whether the stack is empty.
bool empty()
{
return q1.empty();
}
};
方法二:实现队列再模拟成栈
这里的思路与上面所写略有不同，但总体思想并没有改变。 队列的机制是先入先出，而栈的机制是先入后出。使用两个队列，始终保持一个队列为空。当我们需要进行压栈操作时，将数据压入不为空的队列中（若两个都为空，则随便压入一个队列）。当需要进行出栈操作时，将不为空的队列中的数据导入空队列，仅留下一个数据，这时将这个数据返回并且删除即可。判断栈是否为空，即判断两个队列是否同时为空。
代码如下：
typedef int QueueDataType;
typedef struct QueueNode
{
//数据域
QueueDataType _data;
struct QueueNode* _next;
}QueueNode;
typedef struct Queue
{
//队头指针
QueueNode* _head;
//队尾指针
QueueNode* _tail;
}Queue;
//初始化
void QueueInit(Queue* pQ)
{
assert(pQ != NULL);
pQ->_head = NULL;
pQ->_tail = NULL;
}
//销毁
void QueueDestory(Queue* pQ)
{
assert(NULL != pQ);
while (NULL != pQ->_head)
{
QueueNode* next = pQ->_head->_next;
free(pQ->_head);
pQ->_head = next;
}
pQ->_head = NULL;
pQ->_tail = NULL;
}
//入队
void QueuePush(Queue* pQ, const QueueDataType x)
{
assert(NULL != pQ);
//创建一个新的结点，并赋予值
QueueNode* newNode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
if (newNode == NULL)
{
printf("分配空间失败\n");
exit(-1);
}
else
{
newNode->_data = x;
newNode->_next = NULL;
}
if (pQ->_head == NULL)
{
pQ->_head = pQ->_tail = newNode;
}
else
{
pQ->_tail->_next = newNode;
pQ->_tail = newNode;
}
}
//出队
void QueuePop(Queue* pQ)
{
assert(pQ!=NULL);
assert(pQ->_head != NULL);
QueueNode* next = pQ->_head->_next;
free(pQ->_head);
pQ->_head= next;
if (pQ->_head == NULL)
{
pQ->_tail = NULL;
}
}
//取队头元素
QueueDataType QueueFront(Queue* pQ)
{
assert(pQ != NULL);
assert(pQ->_head != NULL);
return pQ->_head->_data;
}
//取队尾元素
QueueDataType QueueBack(Queue* pQ)
{
assert(pQ != NULL);
assert(pQ->_tail != NULL);
return pQ->_tail->_data;
}
//判断队是否为空，true表示队为空，false表示队不空
bool QueueEmpty(Queue* pQ)
{
assert(pQ != NULL);
if (pQ->_head == NULL)
{
return true;
}
return false;
}
//队中元素得个数
int QueueSize(Queue* pQ)
{
assert(pQ != NULL);
QueueNode* cur = pQ->_head;
int size = 0;
while (cur!=NULL)
{
size++;
cur = cur->_next;
}
return size;
}
typedef struct
{
Queue _Q1;
Queue _Q2;
} MyStack;
// Initialize your data structure here.
MyStack* myStackCreate()
{
MyStack* st = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
QueueInit(&st->_Q1);//初始化第一个队列
QueueInit(&st->_Q2);//初始化第二个队列
return st;
}
// Push element x onto stack.
void myStackPush(MyStack* obj, int x)
{
//数据压入非空的那个队列
if (!QueueEmpty(&obj->_Q1))
{
QueuePush(&obj->_Q1, x);
}
else
{
QueuePush(&obj->_Q2, x);
}
}
// Removes the element on top of the stack and returns that element.
int myStackPop(MyStack* obj)
{
Queue* empty = &obj->_Q1;
Queue* Noempty = &obj->_Q2;
if (QueueEmpty(&obj->_Q2))
{
empty = &obj->_Q2;
Noempty = &obj->_Q1;
}
while (QueueSize(Noempty) > 1)
{
QueuePush(empty, QueueFront(Noempty));
QueuePop(Noempty);
}
int top = QueueFront(Noempty);
QueuePop(Noempty);
return top;
}
// Get the top element.
int myStackTop(MyStack* obj)
{
if (!QueueEmpty(&obj->_Q1))
{
return QueueBack(&obj->_Q1);
}
else
{
return QueueBack(&obj->_Q2);
}
}
//Returns whether the stack is empty.
bool myStackEmpty(MyStack* obj)
{
return QueueEmpty(&obj->_Q1) && QueueEmpty(&obj->_Q2);
}
void myStackFree(MyStack* obj)
{
QueueDestory(&obj->_Q1);
QueueDestory(&obj->_Q2);
free(obj);
}
题目三：用栈实现队列
题目：请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：
实现 MyQueue 类：
void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false
说明：
你只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。进阶：
你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。
示例：
输入：
[“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]
解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false
基本思路：
>将一个栈当作输入栈，用于压入push 传入的数据；另一个栈当作输出栈，用于pop 和peek 操作。每次pop 或peek。时，若输出栈为空则将输入栈的全部数据依次弹出并压入输出栈，这样输出栈从栈顶往栈底的顺序就是队列从队首往队尾的顺序
代码如下：
方法一：运用stl中的两个栈来实现队列
class MyQueue
{
public:
// Initialize your data structure here.
stack<int>_inSt; //只作输入栈
stack<int>_outSt; //只作输出栈
MyQueue()
{
}
// Push element x to the back of queue.
void push(int x) //往输入栈中放元素
{
_inSt.push(x);
}
// Removes the element from in front of queue and returns that element.
int pop()
{
//如果输出栈中没有元素了，先看看输入栈中有没有元素，有就把输入栈的元素push到输出栈中
//此时输出栈的top就是队头
//元素从队头出
if (_outSt.empty())
{
while (!_inSt.empty())
{
_outSt.push(_inSt.top());
_inSt.pop();
}
}
int cur = _outSt.top();
_outSt.pop();
return cur;
}
// Get the front element.
int peek()
{
//如果输出栈中没有元素了，先看看输入栈中有没有元素，有就把输入栈的元素push到输出栈中
//此时输出栈的top就是队头
if (_outSt.empty())
{
while (!_inSt.empty())
{
_outSt.push(_inSt.top());
_inSt.pop();
}
}
return _outSt.top();
}
//Returns whether the queue is empty.
bool empty()
{
//两个为NULL才为空
return _outSt.empty() && _inSt.empty();
}
};
方法二：实现栈后再模拟成队
typedef int STDataType;//栈中存储的元素类型
typedef struct Stack
{
STDataType* a;//栈
int top;//栈顶
int capacity;//容量，方便增容
}Stack;
//初始化栈
void StackInit(Stack* pst)
{
assert(pst);
pst->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 4);//初始化栈可存储4个元素
pst->top = 0;//初始时栈中无元素，栈顶为0
pst->capacity = 4;//容量为4
}
//销毁栈
void StackDestroy(Stack* pst)
{
assert(pst);
free(pst->a);//释放栈
pst->a = NULL;//及时置空
pst->top = 0;//栈顶置0
pst->capacity = 0;//容量置0
}
//入栈
void StackPush(Stack* pst, STDataType x)
{
assert(pst);
if (pst->top == pst->capacity)//栈已满，需扩容
{
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType)*pst->capacity * 2);
if (tmp == NULL)
{
printf("realloc fail\n");
exit(-1);
}
pst->a = tmp;
pst->capacity *= 2;//栈容量扩大为原来的两倍
}
pst->a[pst->top] = x;//栈顶位置存放元素x
pst->top++;//栈顶上移
}
//检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* pst)
{
assert(pst);
return pst->top == 0;
}
//出栈
void StackPop(Stack* pst)
{
assert(pst);
assert(!StackEmpty(pst));//检测栈是否为空
pst->top--;//栈顶下移
}
//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst)
{
assert(pst);
assert(!StackEmpty(pst));//检测栈是否为空
return pst->a[pst->top - 1];//返回栈顶元素
}
//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* pst)
{
assert(pst);
return pst->top;//top的值便是栈中有效元素的个数
}
/*---以上代码是栈的基本功能实现，以下代码是题解主体部分---*/
typedef struct {
Stack pushST;//插入数据时用的栈
Stack popST;//删除数据时用的栈
} MyQueue;
/** Initialize your data structure here. */
MyQueue* myQueueCreate() {
MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));//申请一个队列类型
StackInit(&obj->pushST);//初始化pushST
StackInit(&obj->popST);//初始化popST
return obj;
}
/** Push element x to the back of queue. */
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
StackPush(&obj->pushST, x);//插入数据，向pushST插入
}
/** Get the front element. */
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
if(StackEmpty(&obj->popST))//popST为空时，需先将pushST中数据导入popST
{
while(!StackEmpty(&obj->pushST))//将pushST数据全部导入popST
{
StackPush(&obj->popST, StackTop(&obj->pushST));
StackPop(&obj->pushST);
}
}
return StackTop(&obj->popST);//返回popST栈顶的元素
}
/** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
int top = myQueuePeek(obj);
StackPop(&obj->popST);//删除数据，删除popST中栈顶的元素
return top;
}
/** Returns whether the queue is empty. */
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
return StackEmpty(&obj->pushST)&&StackEmpty(&obj->popST);//两个栈均为空，则“队列”为空
}
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
//先释放两个栈，再释放队列的结构体类型
StackDestroy(&obj->pushST);
StackDestroy(&obj->popST);
free(obj);
}
题目四：设计循环队列
题目：设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于
FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。
你的实现应该支持如下操作：
MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
isFull(): 检查循环队列是否已满。
示例：
MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3
circularQueue.enQueue(1); // 返回 true
circularQueue.enQueue(2); // 返回 true
circularQueue.enQueue(3); // 返回 true
circularQueue.enQueue(4); // 返回 false，队列已满
circularQueue.Rear(); // 返回 3
circularQueue.isFull(); // 返回 true
circularQueue.deQueue(); // 返回 true
circularQueue.enQueue(4); // 返回 true
circularQueue.Rear(); // 返回 4
基本思路：
1.永远空出一个位置，不存储数据
2.如果头和尾相等，则证明为空
3.如果头和尾的下一个相等，则证明已满
代码如下
typedef struct {
int *array; //
int size; //队列最多能存多少个数据
int tail; //尾（队尾数据的下一个）
int front; //头
} MyCircularQueue;
//本题思路
/*永远空出一个位置，不存储数据
如果头和尾相等，则证明为空
如果头和尾的下一个相等，则证明已满
*/
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
obj->array=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
obj->size=k;
obj->tail=0;
obj->front=0;
return obj;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
//当头下标与尾下标相同时，则证明队列为空
return obj->front==obj->tail;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj)
{
//判断尾的下一个是否等于头，相等则已满
int temp=obj->tail+1;
//特殊情况，当tail指向的是最后一个位置的下标，它+1，就会超过开辟的数组空间
//要把它弄成环就要当它等于size+1的时候，让它等于0，这样相当于逻辑上的循环队列
if(temp==obj->size+1)
{
temp=0;
}
return temp==obj->front;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value)
{
//首先先判断是否已满，如果已满则返回false
if(myCircularQueueIsFull(obj))
{
return false;
}
else
{
//把value赋给tail下标的位置
obj->array[obj->tail]=value;
obj->tail++;
//当尾下标越界时，则需要我们要将它的下一个下标等于0，做逻辑上的循环队列
if(obj->tail==obj->size+1)
{
obj->tail=0;
}
return true;
}
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj)
{
//首先先判断是否为空，如果为空则返回-1
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return false;
}
else
{
/*
这里删除我们做逻辑上的删除，即front++即可
但front一直自增会有可能发生越界的情况
故当它等于size+1时，我们要将它的下一个下标等于0，做逻辑上的循环队列
*/
obj->front++;
if( obj->front==obj->size+1)
{
obj->front=0;
}
return true;
}
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj)
{
//首先先判断是否为空，如果为空则返回-1
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
{
//如果不是空，就返回front所指下标的元素
return obj->array[obj->front];
}
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
{
//首先先判断是否为空，如果为空则返回-1
if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
{
//此时这里我们还要处理一种特殊情况
/*
由于tail指向的并不是尾，而是队尾数据的下一个
当tail等于0时，tail-1此时会越界，由于是要循环队列
所以我们要把它的前一个就等于size下标的位置
*/
int temp=obj->tail-1;
if(temp==-1)
{
temp=obj->size;
}
return obj->array[temp];
}
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj)
{
//释放malloc出来的空间
free(obj->array);
free(obj);
}
END...