长文 字节跳动面试高频算法题（先码再看）

今天给大家带来一篇面试高频算法题之栈&队列的详细解析，全文包含9道大厂笔试面试算法真题，一举拿下栈和队列这个知识点，让算法不在成为进入大厂的绊脚石。

1栈和队列

全文概览

基础知识

栈

栈是一种先进后出的数据结构。这里有一个非常典型的例子，就是堆叠盘子。我们在放盘子的时候，只能从下往上一个一个的放；在取的时候，只能从上往下一个一个取，不能从中间随意取出。

栈是一种操作受限的线性表，只允许在一端处理数据。主要包括两种操作，即入栈和出栈，也就是在栈顶插入一个数据和从栈顶删除一个数据。

栈既可以用数组实现，也可以用链表来实现。用数组实现的栈，我们叫作顺序栈，用链表实现的栈，我们叫作链式栈。

队列

队列是一种先进先出的数据结构。你可以把它想象成排队买票，先来的先买，后来的人只能站末尾，不允许插队。

队列跟栈一样，也是一种操作受限的线性表数据结构。主要包括两个操作，即出队和入队，也就是从队首取一个元素和在队尾插入一个元素。

队列可以用数组来实现，也可以用链表来实现。用数组实现的队列叫作顺序队列，用链表实现的队列叫作链式队列。

2用两个栈实现队列

剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

问题描述

用两个栈来实现一个队列，完成 n 次在队列尾部插入整数 (push) 和在队列头部删除整数 (pop) 的功能。队列中的元素为 int 类型。保证操作合法，即保证pop操作时队列内已有元素。

示例：

输入：["PSH1","PSH2","POP","POP"]

返回值：1,2

说明：

"PSH1"：代表将1插入队列尾部 "PSH2"：代表将2插入队列尾部 "POP"：代表删除一个元素，先进先出 => 返回1 "POP"：代表删除一个元素，先进先出 => 返回2

分析问题

首先，我们需要知道队列和栈的区别。

1. 队列是一种先进先出的数据结构。队列中的元素是从后端入队，从前端出队。就和排队买票一样。
2. 栈是一种后进先出的数据结构。栈中的元素是从栈顶压入，从栈顶弹出。

为了使用两个栈实现队列的先进先出的特性，我们需要用一个栈来反转元素的入队顺序。

入队操作Push：

因为栈是后进先出的，而队列是先进先出的，所以要想使用栈来实现队列的先进先出功能，我们需要把新入栈的元素放入栈底。为了实现这个操作，我们需要先把栈S1中的元素移动到S2，接着再把新来的元素压入S2，然后再把S2中的所有元素再弹出，压入到S1。这样就实现了把新入栈的元素放入栈底的功能。

    def push(self, node):
        # write code here
        while self.stack1:
            self.stack2.append(self.stack1.pop())
        self.stack2.append(node)
        while self.stack2:
            self.stack1.append(self.stack2.pop())

出队操作Pop:

我们直接从S1弹出就可以了，因为经过反转后，S1中的栈顶元素就是最先入栈的元素，也就是队首元素。

    def pop(self):
        if self.stack1:
            return self.stack1.pop()

我们来看完整的代码实现。

class Solution:
    def __init__(self):
        self.stack1 = []
        self.stack2 = []
    def push(self, node):
        # write code here
        while self.stack1:
            self.stack2.append(self.stack1.pop())
        self.stack2.append(node)
        while self.stack2:
            self.stack1.append(self.stack2.pop())

    def pop(self):
        if self.stack1:
            return self.stack1.pop()

我们可以看到入队操作的时间复杂度是O(n)，空间复杂度也是O(n)。出队时间复杂度是O(1)，空间复杂度也是O(1)。

优化

在上面的算法中，不知道你有没有发现，每次在push一个新元素时，我们都需要把S1中的元素移动到S2中，然后再从S2移回到S1中。这显然是冗余的。其实，我们在入队时只需要插入到S1中即可。而出队的时候，由于第一个元素被压在了栈S1的底部，要想实现队列的先进先出功能，我们就需要把S1的元素进行反转。我们可以把栈S1的元素Pop出去，然后压入S2。这样就把S1的栈底元素放在了栈S2的栈顶，我们直接从S2将它弹出即可。一旦 S2 变空了，我们只需把 S1 中的元素再一次转移到 S2 就可以了。

下面我们来看一下代码实现。

class Solution:
    def __init__(self):
        self.stack1 = []
        self.stack2 = []
    def push(self, node):
        # write code here
        self.stack1.append(node)

    def pop(self):
        if not self.stack2:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2.pop()

3有效的括号

LeetCode 20. 有效的括号

问题描述

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符满足的条件是：

• 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。

示例：

输入：s = "()[]{}"

输出：true

分析问题

这个问题我们可以借助 “栈” 这种数据结构来解决。在遍历字符串的过程中，当我们遇见一个左括号时，我们就入栈，当我们遇到一个右括号时，我们就取出栈顶元素去判断他们是否是同类型的。如果不是的话，那就代表字符串s不是有效串，我们直接返回False。如果是，接着去遍历，直到遍历结束为止。当遍历完字符串s后，如果栈为空，就代表字符串是有效的。这里需要注意一点，为了加快判断左、右括号是否是同类型的，我们引入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。

下面我们来看一下代码实现。

def isValid(s):
    #如果字符串不是偶数，直接返回false
    #因为字符只包含括号，所以只有偶数时才有可能匹配上
    if len(s) % 2 == 1:
        return False

    dict = {
        ")": "(",
        "]": "[&