剑指Offer总结系列-栈队列堆

剑指Offer总结系列:

1.数组与矩阵*

2.栈队列堆*

3.双指针

4.链表

5.树

6.贪心思想

7.二分查找

8.分治

9.排序

10.动态规划

11.位运算

12.其他

有*号代表已经总结好

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 )

解题思路,要知道栈是后进先出,队列是先进后出!

两个栈中一个用于保存到队首,另一个用于弹出

Python版本:

class CQueue:
    def __init__(self):
        self.stackA, self.stackB = [], []
        
    def appendTail(self, value: int) -> None:
        self.stackA.append(value)
        
    def deleteHead(self) -> int:
        if self.stackB: return self.stackB.pop()
        if not self.stackA: return -1
        while self.stackA:
            self.stackB.append(self.stackA.pop())
        return self.stackB.pop()

java

class CQueue {
    LinkedList<Integer> A,B;
    public CQueue(){
        A = new LinkedList<Integer>();
        B = new LinkedList<Integer>();
    }
    public void appendTail(int value){
        A.addLast(value);
    }
    public int deleteHead(){
        if(!B.isEmpty()) return B.removeLast();
        if(A.isEmpty()) return -1;
        while(!A.isEmpty())
            B.addLast(A.removeLast());
        return B.removeLast();
    }
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.

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/bao-han-minhan-shu-de-zhan-lcof
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解题思路:使用一个额外的 minStack,栈顶元素为当前栈中最小的值。在对栈进行 push 入栈和 pop 出栈操作时,同样需要对 minStack 进行入栈出栈操作,从而使 minStack 栈顶元素一直为当前栈中最小的值。在进行 push 操作时,需要比较入栈元素和当前栈中最小值,将值较小的元素 push 到 minStack 中。

Python

class MinStack:
    def __init__(self):
        self.A, self.B = [], []
    def push(self, x:int) -> None:
        self.A.append(x)
        if not self.B or self.B[-1] >= x:
            self.B.append(x)
    def pop(self) -> None:
        if self.A.pop() == slef.B[-1]:
            self.B.pop()
    
    def top(self) -> int:
        return self.A[-1]
    
    def min(self) -> int:
        return self.B[-1]
    

java

class MinStack {
    Stack<Integer> A, B;
    public MinStack(){
        A = new Stack<Integer>();
        B = new Stack<Integer>();
    }
    
    public void push(int x){
        A.add(x);
        if(B.empty() || B.peek() >= x)
            B.add(x);
    }
    public void pop() {
        if(A.pop().equals(B.peek()))
            B.pop();
    }
    public int top(){
        return A.peek();
    }
    public int min() {
        return B.peek();
    }
}
剑指 Offer 31. 栈的压入、弹出序列

输入两个整数序列,第一个序列表示栈的压入顺序,请判断第二个序列是否为该栈的弹出顺序。假设压入栈的所有数字均不相等。例如,序列 {1,2,3,4,5} 是某栈的压栈序列,序列 {4,5,3,2,1} 是该压栈序列对应的一个弹出序列,但 {4,3,5,1,2} 就不可能是该压栈序列的弹出序列。

示例 1:

输入:pushed = [1,2,3,4,5], popped = [4,5,3,2,1]
输出:true
解释:我们可以按以下顺序执行:
push(1), push(2), push(3), push(4), pop() -> 4,
push(5), pop() -> 5, pop() -> 3, pop() -> 2, pop() -> 1
示例 2:

输入:pushed = [1,2,3,4,5], popped = [4,3,5,1,2]
输出:false
解释:1 不能在 2 之前弹出。

python

class Solution:
    def validateStackSequences(self, pushed: List[int], popped: List[int]) -> bool:
        stack, i = [], 0
        for num in pushed:
            stack.append(num) # num 入栈
            while stack and stack[-1] == popped[i]: # 循环判断与出栈
                stack.pop()
                i += 1
        return not stack


java

class Solution{
    public boolean validateStackSequences(int[] pushed, int[] poped){
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int i = 0;
        for (int num : pushed) {
            stack.push(num); // 入栈
            while(!stack.isEmpty() && stack.peek() == poped[i]){
                stack.pop();
                i++;
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}
剑指 Offer 40. 最小的k个数

输入整数数组 arr ,找出其中最小的 k 个数。例如,输入4、5、1、6、2、7、3、8这8个数字,则最小的4个数字是1、2、3、4。

示例 1:

输入:arr = [3,2,1], k = 2
输出:[1,2] 或者 [2,1]
示例 2:

输入:arr = [0,1,2,1], k = 1
输出:[0]

TopK问题

Python

class Solution:
    def getLeastNumbers(self, arr: List[int], k: int) -> List[int]:
        if k == 0:
            return list()

        hp = [-x for x in arr[:k]]
        heapq.heapify(hp) // Python的一个库
        for i in range(k, len(arr)):
            if -hp[0] > arr[i]:
                heapq.heappop(hp)
                heapq.heappush(hp, -arr[i])
        ans = [-x for x in hp]
        return ans

java

class Solution {
    public int[] getLeastNumbers(int[] arr, int k) {
        int[] vec = new int[k];
        if (k == 0) { // 排除 0 的情况
            return vec;
        }
        PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(new Comparator<Integer>() {
            public int compare(Integer num1, Integer num2) {
                return num2 - num1;
            }
        });
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            queue.offer(arr[i]);
        }
        for (int i = k; i < arr.length; ++i) {
            if (queue.peek() > arr[i]) {
                queue.poll();
                queue.offer(arr[i]);
            }
        }
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            vec[i] = queue.poll();
        }
        return vec;
    }
}

剑指 Offer 41. 数据流中的中位数

如何得到一个数据流中的中位数?如果从数据流中读出奇数个数值,那么中位数就是所有数值排序之后位于中间的数值。如果从数据流中读出偶数个数值,那么中位数就是所有数值排序之后中间两个数的平均值。

例如,

[2,3,4] 的中位数是 3

[2,3] 的中位数是 (2 + 3) / 2 = 2.5

设计一个支持以下两种操作的数据结构:

void addNum(int num) - 从数据流中添加一个整数到数据结构中。
double findMedian() - 返回目前所有元素的中位数。
示例 1:

输入:
[“MedianFinder”,“addNum”,“addNum”,“findMedian”,“addNum”,“findMedian”]
[[],[1],[2],[],[3],[]]
输出:[null,null,null,1.50000,null,2.00000]
示例 2:

输入:
[“MedianFinder”,“addNum”,“findMedian”,“addNum”,“findMedian”]
[[],[2],[],[3],[]]
输出:[null,null,2.00000,null,2.50000]

Python

from heapq import *

class MedianFinder:
    def __init__(self):
        self.A = [] # 小顶堆,保存较大的一半
        self.B = [] # 大顶堆,保存较小的一半

    def addNum(self, num: int) -> None:
        if len(self.A) != len(self.B):
            heappush(self.A, num)
            heappush(self.B, -heappop(self.A))
        else:
            heappush(self.B, -num)
            heappush(self.A, -heappop(self.B))

    def findMedian(self) -> float:
        return self.A[0] if len(self.A) != len(self.B) else (self.A[0] - self.B[0]) / 2.0


Java

class MedianFinder {
    Queue<Integer> A, B;
    public MedianFinder() {
        A = new PriorityQueue<>(); // 小顶堆,保存较大的一半
        B = new PriorityQueue<>((x, y) -> (y - x)); // 大顶堆,保存较小的一半
    }
    public void addNum(int num) {
        if(A.size() != B.size()) {
            A.add(num);
            B.add(A.poll());
        } else {
            B.add(num);
            A.add(B.poll());
        }
    }
    public double findMedian() {
        return A.size() != B.size() ? A.peek() : (A.peek() + B.peek()) / 2.0;
    }
}

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

Python

class Solution:
    def maxSlidingWindow(self, nums: List[int], k: int) -> List[int]:
        deque = collections.deque()
        res, n = [], len(nums)
        for i, j in zip(range(1 - k, n + 1 - k), range(n)):
            if i > 0 and deque[0] == nums[i - 1]:
                deque.popleft() # 删除 deque 中对应的 nums[i-1]
            while deque and deque[-1] < nums[j]:
                deque.pop() # 保持 deque 递减
            deque.append(nums[j])
            if i >= 0:
                res.append(deque[0]) # 记录窗口最大值
        return res

java

class Solution {
    public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {
        if(nums.length == 0 || k == 0) return new int[0];
        Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
        int[] res = new int[nums.length - k + 1];
        for(int j = 0, i = 1 - k; j < nums.length; i++, j++) {
            if(i > 0 && deque.peekFirst() == nums[i - 1])
                deque.removeFirst(); // 删除 deque 中对应的 nums[i-1]
            while(!deque.isEmpty() && deque.peekLast() < nums[j])
                deque.removeLast(); // 保持 deque 递减
            deque.addLast(nums[j]);
            if(i >= 0)
                res[i] = deque.peekFirst();  // 记录窗口最大值
        }
        return res;
    }
}

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