数据结构-栈和队列力扣题

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有效的括号

用队列实现栈

 用栈实现队列

 设计循环队列

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有效的括号

题目链接：力扣（LeetCode）

思路： 这道题可以用栈来解决，先让字符串中的左括号' ( '，' [ '，' { '入栈，s指向字符串下一个字符，如果该字符也是左括号，那就继续入栈，如果是右括号，那就让其与栈顶元素相匹配（每次都要弹出栈顶元素），匹配上了，继续循环，匹配不上就返回false，注意在每次返回false之前都要销毁栈。

还要考虑极端情况，如果全是左括号，我们要在代码最后进行判空，不为空，返回false，同时，这次判空也能解决前面几对都匹配上，只有最后一个左括号没匹配上的问题（例如："()[]{}{"）。

如果全是右括号，说明整个过程中没有入栈元素，此时判空，如果为空返回false，同时，这次判空也能解决前面几对都匹配上，只有最后一个右括号没匹配上的问题（例如："()[]{}}"）。

如果用C语言来解题的话，栈需要自己写。

代码如下：

typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
	STDatatype* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

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

//入栈
void STPush(ST* pst, STDatatype x)
{
	//开辟空间
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(pst->a, sizeof(STDatatype) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	//插入
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
//判空函数
bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top == 0;
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}
//获取栈顶元素
STDatatype STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];
}
//获取栈中有效数据的个数
int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}
//销毁栈
void STDestory(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = pst->capacity = 0;
}


bool isValid(char* s) {
    ST st;
    STInit(&st);
    while(*s)
    {

        if(*s=='('||*s=='['||*s=='{')
        {
            STPush(&st,*s);
        }

        else
        {

            if(STEmpty(&st))
			{
			   STDestory(&st);
               return false;
			}


			char top=STTop(&st);
			STPop(&st);
						
            if((top!='('&&*s==')')
              ||(top!='['&&*s==']')
              ||(top!='{'&&*s=='}'))
            {

                STDestory(&st);
                return false;
            
            }
        }
				 ++s;
    }

	bool ret=STEmpty(&st);
	STDestory(&st);
    return ret;
}

用队列实现栈

题目链接：力扣（LeetCode）

 思路：队列是先入先出，栈是先入后出，要用队列实现栈，我们可以定义两个栈q1和q2，当它们都为空时，随便选一个存入数据，假设q1中有数据1 2 3 4，我们可以把q1中的1 2 3 push进q2中，然后把q1中的4 pop出去，接着把q2中的1 2 push进q1，然后把q2中的3 pop出去，这样循环在q1和q2中倒数据，就实现了4 3 2 1依次出栈，即先入后出。

当我们在出栈的同时，想要入栈，就把数据push进有数据的队列即可。

想要用C语言做这道题，队列的实现代码也要自己写。

注意，我们下列代码是结构体的三层嵌套，所以销毁时要先销毁q1和q2，再销毁obj，如果只销毁obj，由于我们的队列q1和q2中分别有两个头尾指针还有节点，会造成内存泄漏的问题。

它们的关系图如下：

代码如下：

typedef int QDatatype;
typedef struct QueueNode
{
	struct QueueNode* next;
	QDatatype data;
}QNode;

typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;

//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = 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");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);
		pq->phead = pq->ptail=newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//判空函数
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size ==0 ;
}

//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//一个节点
	//多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail= NULL;
	}
	else
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}

//获取队列头部元素
QDatatype QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}

//获取队列尾部元素
QDatatype QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}

//获取队列中有效元素个数
int Queuesize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}

//销毁队列
void DestoryQueue(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	while (pq->phead)
	{
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}


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


MyStack* myStackCreate() {

    MyStack* obj=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));

    if(obj==NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }

    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;

}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {

    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {

    Queue* pemptyq=&obj->q1;
    Queue* pnoemptyq=&obj->q2;

    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        pemptyq=&obj->q2;
        pnoemptyq=&obj->q1;
    }

    while(Queuesize(pnoemptyq)>1)
    {
        QueuePush(pemptyq,QueueFront(pnoemptyq));
		QueuePop(pnoemptyq);
    }

    int top=QueueFront(pnoemptyq);
    QueuePop(pnoemptyq);
    return top;

}

int myStackTop(MyStack* obj) {

    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
        return QueueBack(&obj->q1);
	else
		return QueueBack(&obj->q2);

}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {

    assert(obj);
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);

}

void myStackFree(MyStack* obj) {

   	DestoryQueue(&obj->q1);
	DestoryQueue(&obj->q2);
    free(obj);
}

 用栈实现队列

题目链接：力扣（LeetCode）

思路：这道题用上道题的思路也能实现，但是过于复杂。

简单思路：我们定义两个栈pushst和popst，栈中数据遵循先入后出的原则，如果在pushst中push进去1 2 3 4，那他从栈顶到栈底依次是 4 3 2 1 ，但是如果我们把pushst中的数据再push进popst中，那popst中从栈顶到栈底依次是 1 2 3 4，此时我们只要将popst中的数据按照栈本身先入后出的原则pop出去，就是1 2 3 4，这样就实现了先入先出。如下图：

当我们在出队列的同时，想要入队列，要先等popst中的数据出完才行，所以当popst为空，pushst不为空时，才能把pushst中的数据往popst中push。

代码如下：

typedef int STDatatype;
typedef struct Stack
{
	STDatatype* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

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

//入栈
void STPush(ST* pst, STDatatype x)
{
	//开辟空间
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDatatype* tmp = (STDatatype*)realloc(pst->a, sizeof(STDatatype) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	//插入
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
//判空函数
bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top == 0;
}
//出栈
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}
//获取栈顶元素
STDatatype STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];
}
//获取栈中有效数据的个数
int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}
//销毁栈
void STDestory(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = pst->capacity = 0;
}
typedef struct {
    ST pushst;
    ST popst;
} MyQueue;


MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if(obj==NULL)
    {
        perror("malloc fail\n");
        return NULL;
    }
    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
    return obj;
}

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

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

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);
}

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

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestory(&obj->pushst);
    STDestory(&obj->popst);
    free(obj);
}

 设计循环队列

题目链接：力扣（LeetCode）

思路： 本题用数组队列和链表队列都能实现，在这里我们使用数组队列，首先，要设计一个循环队列，我们就要知道队列什么时候满，什么时候空，空很容易判断，当front=rear时就为空，问题是当我们循环一圈以后，队列已经满了，但此时front也等于rear，所以为了不发生混淆，我们在开辟空间时多开辟一块，假设要存7个数据就开辟8个空间：

此时当rear+1==front时就为满。但这只是上图为了形象展示，实际上在数组中，每存一个数，rear++，但是数组首尾并没有相连，不能用rear+1==front判断是否满了，我们可以用下标rear，当(rear+1)%(k+1)==front时就说明队列满了。

而要在队列中插入数据，每次插入之后下标rear++，但是当队列满了之后，rear就是数组中最后一个下标，这时如果我们在队头出了两个数据，想再往队列里插数据，就要让rear回到开始的位置，所以每次rear++后，让rear=rear%(k+1)，此时再插入，就形成了一个完美的循环，同理，删除数据也一样，每次删完都让front=front%(k+1)。

obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)]这段代码是为了返回队尾元素。

代码如下：

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


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;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {

    return obj->front==obj->rear;
}

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

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

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

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

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

栈与队列的内容到这里就结束了，下节开始学习堆与二叉树，

未完待续。。。