数据结构——栈和队列OJ题

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前言

欢迎来到专项提升小课堂！
今天的题目稍稍有难度哦！
但是只要用心，是难不倒同学们的！

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一、用队列实现栈

题目链接：OJ链接

提示：
1 <= x <= 9；
最多调用100 次 push、pop、top 和 empty ；
每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空；

核心思想：
用队列模拟出栈的先入后出这一特性！

解题思路：
此题可以用两个队列去实现一个栈，每次始终保持一个队列为空，
入栈操作相当于给非空队列进行入队操作
出栈操作相当于非空队列的队尾元素出队，此时需要把非空队列除最后一个元素之外的其余元素入队到空队列，然后出队最后一个队尾元素

图例解析：


代码示例：

队列接口实现

先将队列的实现接口导入

这里涉及到之前队列建立的内容啦！
如果不了解的可以去看看：栈和队列

//头文件的声明
#include
#include
#include
#include


//链表接口定义
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDataType data;
}QNode;


//队列接口定义
typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Que;


//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);
//插入
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
//删除
void QueuePop(Que* pq);
//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq);
//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq);
//计算长度
int QueueSize(Que* pq);

void QueueInit(Que* pq)
{
	assert(pq);


	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}


void QueueDestroy(Que* pq)
{
	assert(pq);


	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}


	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}


void QueuePush(Que* 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++;
}


void QueuePop(Que* pq)
{
	assert(pq);//判断队列指针指向是否为空
	assert(!QueueEmpty(pq));//判断队列里面的数据是否为空


	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}


	pq->size--;
}


//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));


	return pq->head->data;
}


//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));


	return pq->tail->data;
}


//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq)
{
	assert(pq);


	return pq->head == NULL;
}


//长度计算
int QueueSize(Que* pq)
{
	assert(pq);


	return pq->size;
}

队列实现栈的功能函数的定义

（1）栈的接口定义

typedef struct {
    Que q1;
    Que q2;
} MyStack;

（2）栈的初始化

MyStack* myStackCreate() {
    MyStack*pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&pst->q1);
    QueueInit(&pst->q2);
    return pst;
}

（3）入栈函数的定义

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else{
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

（4）出栈函数的定义

int myStackPop(MyStack* obj) {
    Que*Empty=&obj->q1;
    Que*nonEmpty=&obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
        Empty=&obj->q2;
        nonEmpty=&obj->q1;
    }

    while(QueueSize(nonEmpty)>1){
        QueuePush(Empty,QueueFront(nonEmpty));
        QueuePop(nonEmpty);
    }

    int top = QueueFront(nonEmpty);
    QueuePop(nonEmpty);

    return top;
}

（5）查找栈顶元素

int myStackTop(MyStack* obj) {
    if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else{
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

（6）判空函数的定义

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}

（7）销毁函数的定义

void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);

    free(obj);
}

二、用栈实现队列

题目链接：OJ链接

提示：
1 <= x <= 9
最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
假设所有操作都是有效的（例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）

核心思想：
用栈模拟出队列的先入先出这一特性！

解题思路：
此题可以用两个栈实现，一个栈进行入队操作，另一个栈进行出队操作
出队操作： 当出队的栈不为空是，直接进行出栈操作，如果为空，需要把入队的栈元素全部导入到出队的栈，然后再进行出栈操作

图例解析

代码示例：

栈的接口实现

先将栈的实现接口导入

这里涉及到之前栈的建立的内容啦！
如果不了解的可以去看看：栈和队列

//栈的接口定义
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;


//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除
void STPop(ST* ps);
//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//长度计算
int STSize(ST* ps);
//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);

//初始化
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = 0;
	ps->top = 0;
}


//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}


//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}


		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}


	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}


//删除栈顶元素
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	--ps->top;
}


//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->top > 0);
	return ps->a[ps->top - 1];
}


//长度计算
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);


	return ps->top;
}


//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);


	return ps->top == 0;
}

栈实现队列的功能函数的定义

（1）队列的接口定义

typedef struct {
    ST pushst;
    ST popst;
} MyQueue;

（2）队列的初始化

MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue*obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
    return obj;
}

（3）入队函数的定义

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    STPush(&obj->pushst,x);
}

（4）出队函数的定义

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    int front = myQueuePeek(obj);
    STPop(&obj->popst);
    return front;
}

（5）查找队头函数的定义

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if(STEmpty(&obj->popst))
    {
        while(!STEmpty(&obj->pushst)){
            STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));
            STPop(&obj->pushst);
        }
    }
    return STTop(&obj->popst);
}

（6）判空函数的定义

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return STEmpty(&obj->popst)&&STEmpty(&obj->pushst);
}

（7）销毁函数的定义

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestroy(&obj->popst);
    STDestroy(&obj->pushst);

    free(obj);
}

三、设计循环队列

题目链接：OJ链接

提示：
所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
操作数将在 1 至 1000 的范围内；
请不要使用内置的队列库。

核心思想：
首尾相连循环即为环形！

解题思路：
通过一个定长数组实现循环队列
入队：首先要判断队列是否已满，再进行入队的操作，入队操作需要考虑索引循环的问题，当索引越界，需要让它变成最小值
出队：首先要判断队列是否为空，再进行出队操作，出队也需要考虑索引循环的问题
判空： 队头 == 队尾
判满： 队尾 + 1 == 队头

图例解析：



代码示例：

（1）循环队列的接口定义

typedef struct {
    int *a;
    int front;
    int rear;
    int k;
} MyCircularQueue;

（2）循环队列的初始化

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));

    obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->front=obj->rear=0;
    obj->k=k;
    return obj;
}

（3）判空函数的定义

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front==obj->rear;
}

（4）判满函数的定义

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front;
}

（5）循环队列插入函数的定义

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
        return false;
    
    obj->a[obj->rear]=value;
    obj->rear++;
    obj->rear%=(obj->k+1);
    return true;
}

（6）循环队列删除函数的定义

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
    ++obj->front;
    obj->front%=(obj->k+1);
    return true;
}

（7）查找队头函数的定义

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[obj->front];
}

（8）查找队尾函数的定义

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];
}

（9）销毁函数的定义

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}

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总结

今天的题目难度真的不小哦！
但也要相信自己！
自信就是最好解决问题的方法！