【算法练习】leetcode算法题合集之栈和队列篇
普通栈
LeetCode20 有效的括号
LeetCode20 有效的括号
定义一个辅助map，判断字符串的字符是否在
]})中。一旦是右括号就要弹出元素，判断匹配。
class Solution {
public boolean isValid(String s) {
if (s.length() % 2 == 1) {
return false;
}
Map<Character, Character> pairs = new HashMap<>();
pairs.put(')', '(');
pairs.put(']', '[');
pairs.put('}', '{');
Stack<Character> stack = new Stack<>();
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (pairs.containsKey(s.charAt(i))) {
if (stack.isEmpty() || pairs.get(s.charAt(i)) != stack.peek()) {
return false;
}
stack.pop();
} else {
stack.push(s.charAt(i));
}
}
if (!stack.isEmpty()) {
return false;
}
return true;
}
}
LeetCode155. 最小栈
LeetCode155. 最小栈
使用栈记录最小的元素。
class MinStack {
private Stack<Integer> stack;
private Stack<Integer> minStack;
public MinStack() {
stack = new Stack<>();
minStack = new Stack<>();
}
public void push(int val) {
stack.push(val);
if (minStack.isEmpty() || minStack.peek() >= val) {
minStack.push(val);
}
}
public void pop() {
Integer pop = stack.pop();
if (pop.equals(minStack.peek())) {
minStack.pop();
}
}
public int top() {
return stack.peek();
}
public int getMin() {
return minStack.peek();
}
}
LeetCode232. 用栈实现队列
LeetCode232. 用栈实现队列
使用出栈和入栈。
出栈为空的情况下，才去调用入栈的数据。[1,2]存到入栈，出栈是[2,1]，如果1这时候出去了，2保留在里面，2应该是下一个出去的元素。
class MyQueue {
private Stack<Integer> inStack;
private Stack<Integer> outStack;
public MyQueue() {
inStack = new Stack<>();
outStack = new Stack<>();
}
public void push(int x) {
inStack.push(x);
}
public int pop() {
if (outStack.isEmpty()) {
while (!inStack.isEmpty()) {
outStack.push(inStack.pop());
}
}
return outStack.pop();
}
public int peek() {
if (outStack.isEmpty()) {
while (!inStack.isEmpty()) {
outStack.push(inStack.pop());
}
}
return outStack.peek();
}
public boolean empty() {
return inStack.isEmpty() && outStack.isEmpty();
}
}
LeetCode225. 用队列实现栈
LeetCode225. 用队列实现栈
使用入队和出队，入队接收第一个元素（即将出队），把出队的元素移动到入队中，再换成出队。保证入队一直为空。
class MyStack {
private Queue<Integer> inQueue;
private Queue<Integer> outQueue;
public MyStack() {
inQueue = new LinkedList<>();
outQueue = new LinkedList<>();
}
public void push(int x) {
inQueue.offer(x);
while (!outQueue.isEmpty()) {
inQueue.offer(outQueue.poll());
}
Queue<Integer> tmp = inQueue;
inQueue = outQueue;
outQueue = tmp;
}
public int pop() {
return outQueue.poll();
}
public int top() {
return outQueue.peek();
}
public boolean empty() {
return outQueue.isEmpty();
}
}
一个队列。把原先队列中的元素添加到新来的元素后面。
class MyStack {
private Queue<Integer> queue;
public MyStack() {
queue = new LinkedList<>();
}
public void push(int x) {
int size = queue.size();
queue.offer(x);
for (int i = 0; i < size; i++) {
queue.offer(queue.poll());
}
}
public int pop() {
return queue.poll();
}
public int top() {
return queue.peek();
}
public boolean empty() {
return queue.isEmpty();
}
}
LeetCode394. 字符串解码（**）
LeetCode394. 字符串解码
字符串的拼接最好使用队列，将元素从集合中获取到用的是栈（获取后面的元素）
队列中有b,c，从栈中获取到的先是c，后是b，这是栈，会把字符串的顺序给弄反。
队列中存在jk，b，c,应该是jkbc拼接的，但是从栈中取元素是c,b,jk，需要先将集合的元素给弄反，再去拼接。
linkedList，addLast和push操作，是不一样的。
class Solution {
public String decodeString(String s) {
LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
int index = 0;
while (index < s.length()) {
char c = s.charAt(index);
if (Character.isDigit(c)) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
while (Character.isDigit(s.charAt(index))) {
sb.append(s.charAt(index));
index++;
}
linkedList.add(sb.toString());
} else if (Character.isLetter(c) || c == '[') {
linkedList.add(String.valueOf(c));
index++;
} else {
index++;
List<String> list = new ArrayList<>();
// bc --> 先加入c,后添加b
while (!linkedList.peekLast().equals("[")) {
list.add(linkedList.pollLast());
}
Collections.reverse(list);
String string = list.stream().collect(Collectors.joining());
linkedList.pollLast();
int repeatTime = Integer.parseInt(linkedList.pollLast());
StringBuilder res = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < repeatTime; i++) {
res.append(string);
}
linkedList.add(res.toString());
}
}
StringBuilder res = new StringBuilder();
while (!linkedList.isEmpty()) {
res.append(linkedList.poll());
}
return res.toString();
}
}
单调栈
LeetCode739. 每日温度
栈中的元素是单调递减的，找到一个大的元素就将栈中的元素弹出
26,24,22…遇到25的时候就可以记录24和22的温度在几天后有升高。
class Solution {
public int[] dailyTemperatures(int[] temperatures) {
int[] res = new int[temperatures.length];
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(0);
// 26，24...递减的结构
for (int i = 1; i < temperatures.length; i++) {
if (temperatures[stack.peek()] < temperatures[i]) {
while (!stack.isEmpty() && temperatures[stack.peek()] < temperatures[i]) {
Integer pop = stack.pop();
res[pop] = i - pop;
}
stack.push(i);
} else {
stack.push(i);
}
}
return res;
}
}
LeetCode42. 接雨水
LeetCode42. 接雨水
单调递减，找到一个大的元素就弹出计算结果。
class Solution {
public int trap(int[] height) {
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
int ans = 0;
for (int i = 0; i < height.length; i++) {
while (!stack.isEmpty() && height[stack.peek()] < height[i]) {
Integer pop = stack.pop();
if (!stack.isEmpty()) {
Integer left = stack.peek();
ans += (i - left - 1) * (Math.min(height[left], height[i]) - height[pop]);
}
}
stack.push(i);
}
return ans;
}
}
LeetCode84. 柱状图中最大的矩形（*）
LeetCode84. 柱状图中最大的矩形https://leetcode-cn.com/problems/maximal-rectangle/)
单调递增的栈，4,5,6,(3)，当3进行比较的时候，就获取6，以6位底，6和3所在的距离为1，那么面积就是6。以5位底，5和3的距离是2，则结果是10.
class Solution {
public int largestRectangleArea(int[] heights) {
int[] new_heights = new int[heights.length + 2];
for (int i = 1; i < heights.length + 1; i++) {
new_heights[i] = heights[i - 1];
}
//存放的元素到小到大，4，5,6,(3)
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
int ans = 0;
for (int i = 0; i < new_heights.length; i++) {
if (!stack.isEmpty() && new_heights[stack.peek()] > new_heights[i]) {
Integer pop = stack.pop();
ans =Math.max((i-1-stack.peek())*new_heights[pop],ans);
}
stack.push(i);
}
return ans;
}
}
优化后的写法
对于index=0前面是没有元素的，所以
stack.isEmpty() ? -1 : stack.peek()对于index==heights.length-1后面是没有元素的，所以要计算前面的元素。
class Solution {
public int largestRectangleArea(int[] heights) {
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
int ans = 0;
for (int i = 0; i <= heights.length; i++) {
while (!stack.isEmpty() && (i == heights.length || heights[stack.peek()] > heights[i])) {
Integer pop = stack.pop();
Integer left = stack.isEmpty() ? -1 : stack.peek();
ans = Math.max((i - 1 - left) * heights[pop], ans);
}
stack.push(i);
}
return ans;
}
}
LeetCode85. 最大矩形
LeetCode85. 最大矩形
当j=0的时候，height数组记录第0行的数据，进行求最大面积；当j=1的时候，height的数据就是第0行的高度，更新之后就会变成第一行的数据。
求最大面积就是要判断边界。
class Solution {
public int maximalRectangle(char[][] matrix) {
int maxArea = 0;
int[] heights = new int[matrix[0].length];
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {
for (int j = 0; j < matrix[0].length; j++) {
if (matrix[i][j] == '1') {
heights[j] += 1;
} else {
heights[j] = 0;
}
}
maxArea = Math.max(maxArea, getLargestArea(heights));
}
return maxArea;
}
private int getLargestArea(int[] heights) {
int[] new_heights = new int[heights.length + 2];
for (int i = 1; i < heights.length + 1; i++) {
new_heights[i] = heights[i - 1];
}
int ans = 0;
// 5,7,6,3
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
for (int i = 0; i < new_heights.length; i++) {
while (!stack.isEmpty() && new_heights[i] < new_heights[stack.peek()]) {
Integer pop = stack.pop();
if (!stack.isEmpty()) {
ans = Math.max(ans, (i - stack.peek() - 1) * new_heights[pop]);
}
}
stack.push(i);
}
return ans;
}
}
单调队列
Leetcode239. 滑动窗口最大值
Leetcode239. 滑动窗口最大值
核心思路就是定义双端队列，可以从前面删除元素，也可以从后面删除元素。
当首位元素超过i-k了，不在范围了，进行移除。
当新增元素比末尾元素大的时候，把末尾元素移除，把新增的元素给添加上。
如此，保证队列中存在最多k个元素，且队列前端是最大的元素。其次，第二个元素是除了第一个元素最大的元素。有点像单调栈，比单调栈多了一个移除过期的元素。
class Solution {
public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {
int[] res = new int[nums.length - k + 1];
LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
// 0,1,2,3,4,5 当4进来的时候，k=3,小于1的数据就得清空
while (!queue.isEmpty() && queue.peek() <= i - k) {
queue.poll();
}
while (!queue.isEmpty() && nums[i] > nums[queue.peekLast()]) {
queue.pollLast();
}
queue.add(i);
if (i >= k - 1) {
res[i - k + 1] = nums[queue.peek()];
}
}
return res;
}
}