题目来源:http://zhedahht.blog.163.com/blog/static/25411174200712895228171/
题目:定义栈的数据结构,要求添加一个min函数,能够得到栈的最小元素。要求函数min、push以及pop的时间复杂度都是O(1)。
分析:这是去年google的一道面试题。
我看到这道题目时,第一反应就是每次push一个新元素时,将栈里所有逆序元素排序。这样栈顶元素将是最小元素。但由于不能保证最后push进栈的元素最先出栈,这种思路设计的数据结构已经不是一个栈了。
在栈里添加一个成员变量存放最小元素(或最小元素的位置)。每次push一个新元素进栈的时候,如果该元素比当前的最小元素还要小,则更新最小元素。
乍一看这样思路挺好的。但仔细一想,该思路存在一个重要的问题:如果当前最小元素被pop出去,如何才能得到下一个最小元素?
因此仅仅只添加一个成员变量存放最小元素(或最小元素的位置)是不够的。我们需要一个辅助栈。每次push一个新元素的时候,同时将最小元素(或最小元素的位置。考虑到栈元素的类型可能是复杂的数据结构,用最小元素的位置将能减少空间消耗)push到辅助栈中;每次pop一个元素出栈的时候,同时pop辅助栈。
/** 2012-7-9 kimili BUPT CS Email:lichunwen1987ATqq.com **/ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define Elem int #define StackSize 30 //栈初始大小 #define StackIncrease 10 //栈增加大小 #define Min 0x7fffffff #define MAX 100 typedef struct { Elem * top; //栈顶位置 Elem * base; //栈底位置 int size; //栈的大小 int min; //栈当前最小值 }SqStack; //初始化栈 int InitStack(SqStack &s){ s.base = (Elem *)malloc(StackSize * sizeof(Elem)); if(! s.base) return -1; //分配内存失败,初始化栈失败 s.top = s.base; s.size = StackSize; s.min = Min; return 1; //初始化栈成功 } //是否为空,如果空,返回1,不空返回0 int Empty(SqStack s){ //如果为空,返回1 if (s.top == s.base) return 1; else return 0; } //返回栈顶元素 Elem GetTop(SqStack s){ Elem e; if(!Empty(s)){ e = *(s.top-1); return e; }else{ return -1; } } //返回栈最小元素 Elem MinElem(SqStack s){ return GetTop(s); } //push元素,同时可能会更新栈sMin int Push(SqStack &s, SqStack &sMin, Elem e){ //栈满了,增加空间 if(s.top - s.base >= s.size -1 ){ s.base = (Elem *)realloc(s.base, (s.size + StackIncrease) * sizeof(Elem)); if(! s.base) return -1; //注意,此行代码很关键,realloc函数之后s.base的地址可能会变,这 //时s.top的相对偏移就不准确了 ,所以要重新校准偏移 ,否则会出现错误数据 s.top = s.base + s.size -1 ; s.size += StackIncrease; } * s.top ++ = e; //添加元素 //如果新加的数更小,更新辅助栈 if (e < s.min) { s.min = e; //注意辅助栈,也要变化大小 if(sMin.top - sMin.base == sMin.size -1 ){ sMin.base = (Elem *)realloc(sMin.base, (sMin.size + StackIncrease) * sizeof(Elem)); if(! sMin.base) return -1; sMin.top = sMin.base + sMin.size -1; sMin.size += StackIncrease; } * sMin.top ++ = e; // } return 1; } int Pop(SqStack &s, SqStack &sMin, Elem &e){ // if(s.top != s.base){ if(!Empty(s)){ e = * --s.top ; //top指向的是栈顶值的上面一个 //如果弹出的元素是栈最小(就是辅助栈的栈顶元素),则辅助栈弹出一个元素 if(e == *(sMin.top-1)) -- sMin.top; return 1; } else{ return -2; } } int main(){ SqStack s,sMin; InitStack(s); InitStack(sMin); //初始化最小值的栈 int n,*a,i; Elem e; printf("输入数组数量:"); scanf("%d",&n); a=(int *)malloc((n+1)*sizeof(int)); srand((unsigned)time(NULL)); //随机生成数组,输入数组数量即可 for(i=1;i<=n;i++){ a[i] = rand()%MAX; printf("%d ",a[i]); Push(s,sMin,a[i]); } printf("\n"); for(i =1;i<=n;i++){ Pop(s,sMin,e); printf("pop= %d ,min = %d ", e,MinElem(sMin)); printf("\n"); } printf("\n"); //printf("%d\n", Min); free(a); free(s.base); free(sMin.base); system("pause"); return 0; }