数据结构_第八关：栈和队列的OJ题练习
1.OJ题的简述和其链接
1）括号匹配问题。OJ题链接
2）用队列实现栈。OJ题链接
3）用栈实现队列。OJ题链接
4）设计循环队列。OJ题链接
2.解题思路和代码
1）括号匹配问题
思路：
- 利用栈进行判断，首先我们创建一个新的栈
- 在遇到左括号的时候，放入栈里面
- 在遇到右括号的时候，出栈，并拿出栈的元素与其进行判断
- 如果有不相同的情况直接return false
- 注意特殊情况的处理：
1：如果，最后栈里面还剩左括号的元素，栈不为空，不符合要求，返回false
2：如果数组中只有右括号，在进行比较的时候，由于我们的栈里面没有元素，肯定会报错
所以需要在之前就进行一次判断，判断我们的栈是否为空，为空返回false就行
代码：
主要实现的函数：
bool isValid(char * s)
{
//创建一个新的栈
ST st;
StackInit(&st);
//如果*s为空退出循环
while(*s)
{
if(*s=='[' || *s=='(' || *s=='{')
{
StackPush(&st,*s);
++s;
}
else
{
//如果数组中只有右括号，直接对栈进行判空操作
if(StackEmpty(&st))
{
StackDestroy(&st);
return false;
}
char top=StackTop(&st);
StackPop(&st);
//不匹配
if( (*s == ']' && top != '[') ||
(*s == ')' && top != '(') ||
(*s == '}' && top != '{') )
{
StackDestroy(&st);
return false;
}
else//继续
{
++s;
}
}
}
//如果，栈里面还剩左括号的元素，则说明不符合要求，所以要对栈进行判空操作
bool ret =StackEmpty(&st);
StackDestroy(&st);
return ret;
}全部代码：
#include
#include
#include
#include
typedef char STDatatype;
typedef struct Stack
{
STDatatype* a;
int capacity;
int top; // 初始为0，表示栈顶位置下一个位置下标
}ST;
//初始化
void StackInit(ST* ps);
//销毁
void StackDestroy(ST* ps);
//入栈
void StackPush(ST* ps, STDatatype x);
//出栈
void StackPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDatatype StackTop(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(ST* ps);
void StackInit(ST* ps)
{
assert(ps);
ps->a = (STDatatype*)malloc(sizeof(STDatatype) * 4);
if (ps->a == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
ps->top = 0;
ps->capacity = 4;
}
void StackDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDatatype x)
{
assert(ps);
if (ps->top == ps->capacity)
{
STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDatatype));
ps->a = tmp;
ps->capacity *= 2;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
void StackPop(ST* ps)
{
//判断栈是不是为NULL
assert(ps);
//判断栈里面还有没有元素
assert(!StackEmpty(ps));
ps->top--;
}
STDatatype StackTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
//栈顶元素是top-1
return ps->a[ps->top - 1];
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
bool isValid(char * s)
{
//创建一个新的栈
ST st;
StackInit(&st);
//如果*s为空退出循环
while(*s)
{
if(*s=='[' || *s=='(' || *s=='{')
{
StackPush(&st,*s);
++s;
}
else
{
//如果数组中只有右括号，直接对栈进行判空操作
if(StackEmpty(&st))
{
StackDestroy(&st);
return false;
}
char top=StackTop(&st);
StackPop(&st);
//不匹配
if( (*s == ']' && top != '[') ||
(*s == ')' && top != '(') ||
(*s == '}' && top != '{') )
{
StackDestroy(&st);
return false;
}
else//继续
{
++s;
}
}
}
//如果，栈里面还剩左括号的元素，则说明不符合要求，所以要对栈进行判空操作
bool ret =StackEmpty(&st);
StackDestroy(&st);
return ret;
} 2）用队列实现栈
思路：
- 保持一个队列存数据，一个队列为空
- 入数据时，往不为空的队列里面加数据
- 出数据的时候，将有数据的队列导到空队列
- 画图说明如下：
主要代码的实现：
typedef struct
{
Queue q1;
Queue q2;
} MyStack;
MyStack* myStackCreate()
{
MyStack* obj=(MyStack *)malloc(sizeof(MyStack));
QueueInit(&obj->q1);
QueueInit(&obj->q2);
return obj;
}
void myStackPush(MyStack* obj, int x)
{
//入数据，要往不为空的队列里面入
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
QueuePush(&obj->q1,x);
}
else
{
QueuePush(&obj->q2,x);
}
}
int myStackPop(MyStack* obj)
{
//首先定义两个变量emptyQ（队列为空），nonemptyQ（队列不为空）
Queue* emptyQ = &obj->q1;
Queue* nonemptyQ = &obj->q2;
//然后让emptyQ指向空队列，nonemptyQ指向不为空的队列
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
//如果q1队列不为空，则交换
emptyQ = &obj->q2;
nonemptyQ = &obj->q1;
}
//非空队列的前n-1个数据倒入空队列
while(QueueSize(nonemptyQ) > 1)
{
QueuePush(emptyQ,QueueFront(nonemptyQ));
QueuePop(nonemptyQ);
}
//此时不为空队列剩，最后一个元素，用top接受并返回，实现栈的出数据
int top = QueueFront(nonemptyQ);
QueuePop(nonemptyQ);
return top;
}
int myStackTop(MyStack* obj)
{
//栈顶元素，就数不为空队列的队尾元素
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
return QueueBack(&obj->q1);
}
else
{
return QueueBack(&obj->q2);
}
}
bool myStackEmpty(MyStack* obj)
{
return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}
void myStackFree(MyStack* obj)
{
QueueDestroy(&obj->q1);
QueueDestroy(&obj->q2);
free(obj);
}全部代码（多了队列的操作函数）
typedef int QDataType;
typedef struct QueNode
{
QDataType data;
struct QueNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
QNode* head;
QNode* tail;
int size;
}Queue;
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq);
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq);
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq);
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq);
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq);
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* pq);
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq);
// 初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
assert(pq);
pq->head = NULL;
pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
// 销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
assert(pq);
QNode* cur = pq->head;
while (cur)
{
QNode* del = cur;
cur = cur->next;
free(del);
}
pq->head = pq->tail = NULL;
pq->size = 0;
}
// 队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
assert(pq);
QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
if (pq->tail == NULL)
{
pq->head = pq->tail = newnode;
}
else
{
pq->tail->next = newnode;
pq->tail = newnode;
}
pq->size++;
}
// 队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
if (pq->head->next == NULL)
{
free(pq->head);
pq->head = pq->tail = NULL;
}
else
{
QNode* del = pq->head;
pq->head = pq->head->next;
free(del);
}
pq->size--;
}
// 获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->head->data;
}
// 获取队列队尾元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
assert(pq);
assert(!QueueEmpty(pq));
return pq->tail->data;
}
// 检测队列是否为空，如果为空返回非零结果，如果非空返回0
int QueueEmpty(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->head == NULL && pq->tail == NULL;
}
// 获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
assert(pq);
return pq->size;
}
typedef struct
{
Queue q1;
Queue q2;
} MyStack;
MyStack* myStackCreate()
{
MyStack* obj=(MyStack *)malloc(sizeof(MyStack));
QueueInit(&obj->q1);
QueueInit(&obj->q2);
return obj;
}
void myStackPush(MyStack* obj, int x)
{
//入数据，要往不为空的队列里面入
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
QueuePush(&obj->q1,x);
}
else
{
QueuePush(&obj->q2,x);
}
}
int myStackPop(MyStack* obj)
{
//首先定义两个变量emptyQ（队列为空），nonemptyQ（队列不为空）
Queue* emptyQ = &obj->q1;
Queue* nonemptyQ = &obj->q2;
//然后让emptyQ指向空队列，nonemptyQ指向不为空的队列
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
//如果q1队列不为空，则交换
emptyQ = &obj->q2;
nonemptyQ = &obj->q1;
}
//非空队列的前n-1个数据倒入空队列
while(QueueSize(nonemptyQ) > 1)
{
QueuePush(emptyQ,QueueFront(nonemptyQ));
QueuePop(nonemptyQ);
}
//此时不为空队列剩，最后一个元素，用top接受并返回，实现栈的出数据
int top = QueueFront(nonemptyQ);
QueuePop(nonemptyQ);
return top;
}
int myStackTop(MyStack* obj)
{
//栈顶元素，就数不为空队列的队尾元素
if(!QueueEmpty(&obj->q1))
{
return QueueBack(&obj->q1);
}
else
{
return QueueBack(&obj->q2);
}
}
bool myStackEmpty(MyStack* obj)
{
return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}
void myStackFree(MyStack* obj)
{
QueueDestroy(&obj->q1);
QueueDestroy(&obj->q2);
free(obj);
}3）用栈实现队列
思路：
- 入队列，在pushST里面入，出队列，是把popST里面的直接出就行
主要实现代码：
typedef struct
{
ST pushst;
ST popst;
} MyQueue;
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj);
int myQueuePeek(MyQueue* obj);
MyQueue* myQueueCreate()
{
MyQueue* pq=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
StackInit(&pq->pushst);
StackInit(&pq->popst);
return pq;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x)
{
assert(obj);
//入队列，往pushst栈里面入
StackPush(&obj->pushst,x);
}
int myQueuePop(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
assert(!myQueueEmpty(obj));
//用peek取栈popst的栈顶元素，并返回peek，栈popst的栈顶元素就是队列的队头元素
int peek = myQueuePeek(obj);
StackPop(&obj->popst);
return peek;
}
int myQueuePeek(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
assert(!myQueueEmpty(obj));
//倒数据
if(StackEmpty(&obj->popst))
{
while(!StackEmpty(&obj->pushst))
{
StackPush(&obj->popst,StackTop(&obj->pushst));
StackPop(&obj->pushst);
}
}
return StackTop(&obj->popst);
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
return StackEmpty(&obj->pushst) && StackEmpty(&obj->popst);
}
void myQueueFree(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
StackDestroy(&obj->pushst);
StackDestroy(&obj->popst);
free(obj);
}全部代码（多了栈的操作函数）
typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
STDatatype* a;
int capacity;
int top; // 初始为0，表示栈顶位置下一个位置下标
}ST;
//初始化
void StackInit(ST* ps);
//销毁
void StackDestroy(ST* ps);
//入栈
void StackPush(ST* ps, STDatatype x);
//出栈
void StackPop(ST* ps);
//获取栈顶元素
STDatatype StackTop(ST* ps);
//栈中的有效个数
int StackSize(ST* ps);
//判断栈是否为空
bool StackEmpty(ST* ps);
void StackInit(ST* ps)
{
assert(ps);
//也可以先给其开辟4个空间大小的地址
ps->a = (STDatatype*)malloc(sizeof(STDatatype) * 4);
if (ps->a == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
ps->top = 0;
ps->capacity = 4;
}
void StackDestroy(ST* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->top = ps->capacity = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDatatype x)
{
assert(ps);
// 扩容
//这里注意top是从0开始的，top指向的是顶的下一个，当存放了4个数据后，top=4（0，1，2，3）
if (ps->top == ps->capacity)
{
STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(ps->a, ps->capacity * 2 * sizeof(STDatatype));
/*if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
exit(-1);
}*/
ps->a = tmp;
ps->capacity *= 2;
}
ps->a[ps->top] = x;
ps->top++;
}
void StackPop(ST* ps)
{
//判断栈是不是为NULL
assert(ps);
//判断栈里面还有没有元素
assert(!StackEmpty(ps));
ps->top--;
}
STDatatype StackTop(ST* ps)
{
assert(ps);
assert(!StackEmpty(ps));
//栈顶元素是top-1
return ps->a[ps->top - 1];
}
int StackSize(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top;
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
assert(ps);
return ps->top == 0;
}
typedef struct
{
ST pushst;
ST popst;
} MyQueue;
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj);
int myQueuePeek(MyQueue* obj);
MyQueue* myQueueCreate()
{
MyQueue* pq=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
StackInit(&pq->pushst);
StackInit(&pq->popst);
return pq;
}
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x)
{
assert(obj);
//入队列，往pushst栈里面入
StackPush(&obj->pushst,x);
}
int myQueuePop(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
assert(!myQueueEmpty(obj));
//用peek取栈popst的栈顶元素，并返回peek，栈popst的栈顶元素就是队列的队头元素
int peek = myQueuePeek(obj);
StackPop(&obj->popst);
return peek;
}
int myQueuePeek(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
assert(!myQueueEmpty(obj));
//倒数据
if(StackEmpty(&obj->popst))
{
while(!StackEmpty(&obj->pushst))
{
StackPush(&obj->popst,StackTop(&obj->pushst));
StackPop(&obj->pushst);
}
}
return StackTop(&obj->popst);
}
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
return StackEmpty(&obj->pushst) && StackEmpty(&obj->popst);
}
void myQueueFree(MyQueue* obj)
{
assert(obj);
StackDestroy(&obj->pushst);
StackDestroy(&obj->popst);
free(obj);
}4）设计循环队列
设计思路，循环队列一般用数组实现比较方便，
在判空的时候，如果 rear+1=front 为空，所以一般空间的大小都会比size大一个，用来判空。
在队头或队尾，走到数组最后面的时候，用%运算，来将其重新调回数组下标为0的位置
代码如下：
typedef struct
{
int* data; //数组数据
int front; //队头索引
int rear; //对位索引
int size; //队列大小
} MyCircularQueue;
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj);
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj);
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k)
{
MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
//开辟数组空间的时候得多开一个
obj->data = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));
obj->front = obj->rear = 0;
//队列满的时候能存储数据k个数、其空间大小应该是k+1
obj->size = k;
return obj;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value)
{
assert(obj);
if (myCircularQueueIsFull(obj))
return false;
else
{
obj->data[obj->rear++] = value;
//由于rear可能在数组的最后一个元素，
//所以直接用%的方法来计算插入后的rear的位置
obj->rear = obj->rear % (obj->size + 1);
return true;
}
}
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj)
{
assert(obj);
if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
return false;
else
{
obj->front++;
//假如此时front走到了最后位置，front++后就走到了数组外面，
//此时front应该回到下标为0的位置，所以用一下的%运算来进行front的归位
obj->front = obj->front % (obj->size + 1);
return true;
}
}
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj)
{
assert(obj);
if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
return obj->data[obj->front];
}
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj)
{
assert(obj);
if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
{
return -1;
}
else
//得到队尾的元素
return obj->data[(obj->rear + obj->size) % (obj->size + 1)];
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj)
{
assert(obj);
return obj->rear == obj->front;
}
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj)
{
assert(obj);
//rear+1是rear的下一个位置，这里如果rear在数组最后的话，需要%5，
//也就是size+1，让其返回到数组下标为0的位置
return ((obj->rear + 1) % (obj->size + 1)) == obj->front;
}
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj)
{
free(obj->data);
free(obj);
}