【算法刷题-栈与队列篇】
目录
- 1.leetcode-232. 用栈实现队列
- 2.leetcode-225. 用队列实现栈
- 3.leetcode-20. 有效的括号
-
- （1）代码1
- （2）代码2
- 4.leetcode-1047. 删除字符串中的所有相邻重复项
- 5.leetcode-150. 逆波兰表达式求值
- 6.leetcode-239. 滑动窗口最大值
- 7.leetcode-347. 前 K 个高频元素
1.leetcode-232. 用栈实现队列
1.题目描述
使用栈实现队列的下列操作：
push(x) – 将一个元素放入队列的尾部。
pop() – 从队列首部移除元素。
peek() – 返回队列首部的元素。
empty() – 返回队列是否为空。
2.方法及思路（双栈）
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，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。
3.代码实现
class MyQueue {
public:
stack<int> instack,outstack;
void in2out()
{
while(!instack.empty())
{
outstack.push(instack.top());
instack.pop();
}
}
MyQueue() {
}
void push(int x) {
instack.push(x);
}
int pop() {
if(outstack.empty())
{
in2out();
}
int r=outstack.top();
outstack.pop();
return r;
}
int peek() {
if(outstack.empty())
{
in2out();
}
return outstack.top();
}
bool empty() {
return instack.empty()&&outstack.empty();
}
};
2.leetcode-225. 用队列实现栈
1.题目描述
请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（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 。
2.方法及思路（双队列）
为了满足栈的特性，即最后入栈的元素最先出栈，在使用队列实现栈时，应满足队列前端的元素是最后入栈的元素。可以使用两个队列实现栈的操作，其中 queue1 用于存储栈内的元，queue2 作为入栈操作的辅助队列。
用两个队列que1和que2实现队列的功能，que2其实完全就是一个备份的作用，把que1最后面的元素以外的元素都备份到que2，然后弹出最后面的元素，再把其他元素从que2导回que1。
3.代码实现
class MyStack {
public:
queue<int> queue1;
queue<int> queue2;
MyStack() {
}
void push(int x) {
queue2.push(x);
while(!queue1.empty())
{
queue2.push(queue1.front());
queue1.pop();
}
swap(queue1,queue2);
}
int pop() {
int r=queue1.front();
queue1.pop();
return r;
}
int top() {
return queue1.front();
}
bool empty() {
return queue1.empty();
}
};
3.leetcode-20. 有效的括号
1.题目描述
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。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。
（1）代码1
1.首先遍历字符串
2.如果遇到左半边括号就入栈对应的右半边括号
3.如果遇到右半边括号就与栈顶元素比较，相同则弹出元素，否则直接返回false
（注意字符串长度，奇数的话可以直接返回false）
class Solution {
public:
bool isValid(string s) {
if (s.size() % 2 != 0) return false; // 如果s的长度为奇数，一定不符合要求
stack<char> st;
for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
if (s[i] == '(') st.push(')');
else if (s[i] == '{') st.push('}');
else if (s[i] == '[') st.push(']');
// 第三种情况：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号 return false
// 第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有我们要匹配的字符。所以return false
else if (st.empty() || st.top() != s[i]) return false;
else st.pop(); // st.top() 与 s[i]相等，栈弹出元素
}
// 第一种情况：此时我们已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false，否则就return true
return st.empty();
}
};
（2）代码2
我们遍历给定的字符串 s。当我们遇到一个左括号时，我们会期望在后续的遍历中，有一个相同类型的右括号将其闭合。由于后遇到的左括号要先闭合，因此我们可以将这个左括号放入栈顶。
当我们遇到一个右括号时，我们需要将一个相同类型的左括号闭合。此时，我们可以取出栈顶的左括号并判断它们是否是相同类型的括号。如果不是相同的类型，或者栈中并没有左括号，那么字符串 s 无效，返回 False。为了快速判断括号的类型，我们可以使用哈希表存储每一种括号。哈希表的键为右括号，值为相同类型的左括号。
在遍历结束后，如果栈中没有左括号，说明我们将字符串 s 中的所有左括号闭合，返回 True，否则返回 False。
class Solution {
public:
bool isValid(string s) {
int n=s.size();
if(n%2==1)
{
return false;
}
unordered_map<char,char> pairs={
{'}','{'},
{']','['},
{')','('}
};
stack<char> skt;
for(auto ch:s)
{
if(pairs.count(ch))
{
if(skt.empty()||skt.top()!=pairs[ch])
{
return false;
}
skt.pop();
}
else
{
skt.push(ch);
}
}
return skt.empty();
}
};
4.leetcode-1047. 删除字符串中的所有相邻重复项
1.题目描述
给出由小写字母组成的字符串 S，重复项删除操作会选择两个相邻且相同的字母，并删除它们。
在 S 上反复执行重复项删除操作，直到无法继续删除
在完成所有重复项删除操作后返回最终的字符串。答案保证唯一。
2.方法及思路
充分理解题意后，我们可以发现，当字符串中同时有多组相邻重复项时，我们无论是先删除哪一个，都不会影响最终的结果。因此我们可以从左向右顺次处理该字符串。
而消除一对相邻重复项可能会导致新的相邻重复项出现，如从字符串 abba中删除 bb 会导致出现新的相邻重复项 aa 出现。因此我们需要保存当前还未被删除的字符。一种显而易见的数据结构呼之欲出：栈。我们只需要遍历该字符串，如果当前字符和栈顶字符相同，我们就贪心地将其消去，否则就将其入栈即可。
3.代码实现
class Solution {
public:
string removeDuplicates(string s) {
string stk;
int n=s.size();
for(int i=0;i<n;i++)
{
if(stk.empty())
{
stk.push_back(s[i]);
}
else if(s[i]==stk.back())
{
stk.pop_back();
continue;
}
else{
stk.push_back(s[i]);
}
}
return stk;
}
};
5.leetcode-150. 逆波兰表达式求值
1.题目描述
给你一个字符串数组 tokens ，表示一个根据 逆波兰表示法 表示的算术表达式。
请你计算该表达式。返回一个表示表达式值的整数。
注意：
有效的算符为 ‘+’、‘-’、‘*’ 和 ‘/’ 。
每个操作数（运算对象）都可以是一个整数或者另一个表达式。
两个整数之间的除法总是 向零截断 。
表达式中不含除零运算。
输入是一个根据逆波兰表示法表示的算术表达式。
答案及所有中间计算结果可以用 32 位 整数表示。
2.方法及思路
逆波兰表达式：是一种后缀表达式，所谓后缀就是指运算符写在后面。
平常使用的算式则是一种中缀表达式，如 ( 1 + 2 ) * ( 3 + 4 ) 。
该算式的逆波兰表达式写法为 ( ( 1 2 + ) ( 3 4 + ) * ) 。
逆波兰表达式主要有以下两个优点：
去掉括号后表达式无歧义，上式即便写成 1 2 + 3 4 + * 也可以依据次序计算出正确结果。
适合用栈操作运算：遇到数字则入栈；遇到运算符则取出栈顶两个数字进行计算，并将结果压入栈中。
3.代码实现
class Solution {
public:
int evalRPN(vector<string>& tokens) {
stack<long long> st;
for (int i = 0; i < tokens.size(); i++) {
if (tokens[i] == "+" || tokens[i] == "-" || tokens[i] == "*" || tokens[i] == "/") {
long long num1 = st.top();
st.pop();
long long num2 = st.top();
st.pop();
if (tokens[i]=="+") st.push(num2 + num1);
if (tokens[i]=="-") st.push(num2 - num1);
if (tokens[i]=="*") st.push(num2 * num1);
if (tokens[i]=="/") st.push(num2 / num1);
} else {
st.push(stoll(tokens[i]));
}
}
int result = st.top();
st.pop(); // 把栈里最后一个元素弹出（其实不弹出也没事）
return result;
}
};
6.leetcode-239. 滑动窗口最大值
1.题目描述
给你一个整数数组 nums，有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。
返回 滑动窗口中的最大值 。
2.方法及思路（双端队列）
1.队列的第一个元素保存最大值元素的下标
2.当前元素与队列从尾部开始的元素比较，如果队尾小则出队，直到空或者找到比他大的
（这样既可以保证第一个元素总是最大的）
3.还要保证队首元素的下标是在滑动窗口的范围内（当前值-k）
如果不在此范围内就从队首开始弹出元素
4.什么时候开始向数组中插入最大值呢？
从第k个元素的下标开始插入
3.代码实现
class Solution {
public:
vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
deque<int> dq;
vector<int> ans;
int n = nums.size();
for (int i = 0; i < n; ++i) {
while (!dq.empty() && nums[i] >= nums[dq.back()]) {
dq.pop_back();
}
dq.push_back(i);
if (dq.front() <= i - k) {
dq.pop_front();
}
if (i >= k - 1) {
ans.push_back(nums[dq.front()]);
}
}
return ans;
}
};
4.对于一开始的插入代码优化
可以先遍历到k个时就直接插入
后面的for循环中就可以加入每次的插入操作
class Solution {
public:
vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
int n = nums.size();
deque<int> q;
for (int i = 0; i < k; ++i) {
while (!q.empty() && nums[i] >= nums[q.back()]) {
q.pop_back();
}
q.push_back(i);
}
vector<int> ans = {nums[q.front()]};
for (int i = k; i < n; ++i) {
while (!q.empty() && nums[i] >= nums[q.back()]) {
q.pop_back();
}
q.push_back(i);
while (q.front() <= i - k) {
q.pop_front();
}
ans.push_back(nums[q.front()]);
}
return ans;
}
};
7.leetcode-347. 前 K 个高频元素
1.题目描述
给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，请你返回其中出现频率前 k 高的元素。你可以按 任意顺序 返回答案。
2.思路
这道题目主要涉及到如下三块内容：
1.要统计元素出现频率
2.对频率排序
3.找出前K个高频元素
首先统计元素出现的频率，这一类的问题可以使用map来进行统计。
然后是对频率进行排序，这里我们可以使用一种 容器适配器就是优先级队列。
什么是优先级队列呢？
其实就是一个披着队列外衣的堆，因为优先级队列对外接口只是从队头取元素，从队尾添加元素，再无其他取元素的方式，看起来就是一个队列。
而且优先级队列内部元素是自动依照元素的权值排列。那么它是如何有序排列的呢？
缺省情况下priority_queue利用max-heap（大顶堆）完成对元素的排序，这个大顶堆是以vector为表现形式的complete binary tree（完全二叉树）。
什么是堆呢？
堆是一棵完全二叉树，树中每个结点的值都不小于（或不大于）其左右孩子的值。 如果父亲结点是大于等于左右孩子就是大顶堆，小于等于左右孩子就是小顶堆。
所以大家经常说的大顶堆（堆头是最大元素），小顶堆（堆头是最小元素），如果懒得自己实现的话，就直接用priority_queue（优先级队列）就可以了，底层实现都是一样的，从小到大排就是小顶堆，从大到小排就是大顶堆。
本题我们就要使用优先级队列来对部分频率进行排序。
3.代码实现
优先级的处理
class mycomparison {
public:
bool operator()(const pair<int, int>& lhs, const pair<int, int>& rhs) {
return lhs.second > rhs.second;
}
};
例如我们在写快排的cmp函数的时候，return left>right 就是从大到小，return left
元素入map容器
unordered_map<int, int> map;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
map[nums[i]]++;
}
优先队列的定义
priority_queue<pair<int, int>, vector<pair<int, int>>, mycomparison> pri_que;
用迭代器入队
是按照second元素，也就是出现的次数排序
for (unordered_map<int, int>::iterator it = map.begin(); it != map.end(); it++) {
pri_que.push(*it);
if (pri_que.size() > k) {
pri_que.pop();
}
}
4.完整代码
class Solution {
public:
class mycomparison {
public:
bool operator()(const pair<int, int>& lhs, const pair<int, int>& rhs) {
return lhs.second > rhs.second;
}
};
vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {
unordered_map<int, int> map;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
map[nums[i]]++;
}
priority_queue<pair<int, int>, vector<pair<int, int>>, mycomparison> pri_que;
for (unordered_map<int, int>::iterator it = map.begin(); it != map.end(); it++) {
pri_que.push(*it);
if (pri_que.size() > k) {
pri_que.pop();
}
}
vector<int> result(k);
for (int i = k - 1; i >= 0; i--) {
result[i] = pri_que.top().first;
pri_que.pop();
}
return result;
}
};