OJ题讲解——栈与队列

目录

一.有效的括号

1.问题描述

2.问题详解

3.代码

二.用队列实现栈

1.问题描述

2.问题详解

3.代码

三.用栈实现队列

1.问题描述

2.问题详解

3.代码

四.设计循环队列

1.问题描述

2.问题详解

3.代码

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一.有效的括号

1.问题描述

OJ链接：. - 力扣（LeetCode）

2.问题详解

对于这道题，采用栈来解决

1.如果是左括号就入栈

2.如果是右括号，取栈顶元素与之匹配

        2.1 当栈里面为空时，表明右括号多了，没有左括号与之匹配，返回false

        2.2 由于匹配的情况有很多种，无法一一列全，于是我们来判断不匹配的情况，当左右括号不匹配就返回false

        2.3 当所有的右括号匹配完后还要检查栈是否为空，可能还有左括号没有匹配

3.代码

注意;

本篇博客都是在c语言的环境下，当涉及到用栈和队列，需要用户自己先创建栈或队列

bool isValid(char* s) {
    //1.左括号入栈
    //2.右括号与出栈顶的左括号匹配
    ST st;
    STInit(&st);
    while(*s)
    {
        //左括号入栈
        if(*s=='('||*s=='['||*s=='{')
        {
            STPush(&st,*s);
        }
        else//右括号与出栈顶的左括号匹配
        {
            if(STEmpty(&st))
            {
                STDestroy(&st);
                return false;
            }
 
            char top=STTop(&st);
            STPop(&st);
            
            //不匹配的情况·
            if((top=='('&&*s!=')')
            ||(top=='['&&*s!=']')
            ||(top=='{'&&*s!='}'))
            {
                STDestroy(&st);
                return false;
            }
        }
        s++;
    }
    //栈不为空，说明左括号比右括号多，不匹配
    bool ret=STEmpty(&st);
    STDestroy(&st);
 
    return ret;
}

二.用队列实现栈

1.问题描述

OJ链接：. - 力扣（LeetCode）

2.问题详解

1.先创建一个结构体，里面存储俩个队列

2.对于实现栈push，top，pop，empty四个操作中，最麻烦的是pop操作，因为队列pop的是队头元素，而栈pop的是栈顶元素，因此我们需要用到俩个队列，保持一个队列存数据，一个队列为空，pop数据需要通过空队列导一下，将前size-1个数据按顺序边导到空队列中边删除掉，将最后一个数据保存后再删除掉，这样就获取栈顶的数据并且pop成功

3.top操作可以直接返回非空队列的队尾元素

4.push操作直接导入不为空的队列中

5.empty操作需要对俩个队列都进行判空操作

3.代码

typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;
 
 
MyStack* myStackCreate() {
    MyStack*pst=(MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&(pst->q1));
    QueueInit(&(pst->q2));
 
    return pst;
}
 
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //将数据导入不为空的那个队列
    if(!QueueEmpty(&(obj->q1)))
    {
        //栈顶插入刚好就是队尾插入
        QueuePush(&(obj->q1),x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&(obj->q2),x);
    }
}
 
int myStackPop(MyStack* obj) {
    //假设法
    Queue*empty=&(obj->q1);
    Queue*nonempty=&(obj->q2);
    if(!QueueEmpty(&(obj->q1)))
    {
        empty=&(obj->q2);
        nonempty=&(obj->q1);
    }
 
    //将有数据的队列的前size-1个导到空队列
    while(QueueSize(nonempty)>1)
    {
        QueuePush(empty,Queuefront(nonempty));
        QueuePop(nonempty);
    }
 
    int top= Queuefront(nonempty);
    QueuePop(nonempty);
 
    return top;
}
 
int myStackTop(MyStack* obj) {
    if(!QueueEmpty(&(obj->q1)))
    {
        return QueueBack(&(obj->q1));
    }
    else
    {
        return QueueBack(&(obj->q2));
    }
}
 
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&(obj->q1))&&QueueEmpty(&(obj->q2));
}
 
void myStackFree(MyStack* obj) {
 
    QueueDestroy(&(obj->q1));
    QueueDestroy(&(obj->q2));
 
    free(obj);
}

三.用栈实现队列

1.问题描述

OJ链接：. - 力扣（LeetCode）

2.问题详解

创建俩个栈，分别为pushst和popst，pushst用来插入数据，popst用来导数据，删除队头元素（注意：与上问题的俩个队列不同，用队列实现栈需要俩个队列相互导数据，保证一个队列始终为空，而这个问题不需要俩个栈相互导数据），如下图所示：

通过上面的三个步骤，我们可以看出，当popst栈中为空，又需要pop队头元素时，我们直接将pushst栈中的元素导导popst栈中，然后删除的栈顶元素就是队头元素，同时当pushst和popst中都有元素，又想删除队头元素时，我们不需要再将pushst栈中的元素导到popst栈中去，只需要删除popst栈顶元素就好了。因此，插入数据只需要插入到pushst中，而删除队头数据，只有当popst栈中没有元素时，才需要将pushst中的元素全部导入popst中去，再删除栈顶元素

3.代码

typedef struct {
    ST pushst;//用来输入数据
    ST popst;//用来倒数据，实现删除
} MyQueue;
 
 
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue*obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
 
    STInit(&(obj->pushst));
    STInit(&(obj->popst));
 
    return obj;
}
 
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    STPush(&(obj->pushst),x);
}
 
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    int top=myQueuePeek(obj);
    STPop(&(obj->popst));
 
    return top;
}
 
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if(STEmpty(&(obj->popst)))
    {
        //倒数据
        while(!STEmpty(&(obj->pushst)))
        {
            int top=STTop(&(obj->pushst));
            STPush(&(obj->popst),top);
            STPop(&(obj->pushst));
        }
    }
 
    return STTop(&(obj->popst));
}
 
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return STEmpty(&(obj->pushst))&&STEmpty(&(obj->popst));
}
 
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestroy(&(obj->pushst));
    STDestroy(&(obj->popst));
 
    free(obj);
}

四.设计循环队列

1.问题描述

OJ链接：. - 力扣（LeetCode）

2.问题详解

循环队列是一种空间大小固定，空间能够反复利用的队列，这个队列也可以采用链表和数组来实现。

首先分析链表，用链表的优势在于它可以实现循环，但是创建链表要比队列大小多开一个节点，避免假溢出问题，因为head和tail初始化为头节点，tail实际表示的是最后一个数据指向的下一个节点。而链表的难点在于尾节点的获取，如果是单链表就需要从头开始遍历节点，增加了时间复杂度，或者再定义一个指针指向tail前一个节点，如果是双向链表恰好可以解决这个问题。

如果用数组来实现的话，当head和tail都初始化为0，我们来看看这个式子head==tail表示的是什么？好像表示队列满了又好像队列为空？这意思不矛盾了吗！对于解决这个有俩个办法，一是再定义一个size记录队列中元素的个数和队列空间大小进行比较，二是再开一个空间，当head==tail为空，当（tail+1）%（k+1）==head为满，而在本题，采用的是第二种解法，额外开辟一个空间。

注意：

插入和删除数据时，要确保这个队列是循环的，我们一定要tail=tail%（k+1），同时，在获取队尾元素时，也要时刻注意tail，确保能够形成一个循环队列

3.代码

typedef struct {
    int* a;
    int head;//指向头
    int tail;//指向尾的下一个位置
    int k;
} MyCircularQueue;
 
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->head==obj->tail;
}
 
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->tail+1)%(obj->k+1)==obj->head;
}
 
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue*obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
 
    //多开一个解决假溢出
    obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->head=0;
    obj->tail=0;
    obj->k=k;
 
    return obj;
}
 
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
     return false;
    }
 
    obj->a[obj->tail]=value;
    obj->tail++;
 
    obj->tail%=(obj->k+1);
 
    return true;
}
 
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;
 
    obj->head++;
    obj->head%=(obj->k+1);
 
    return true;
}
 
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[obj->head];
}
 
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    return -1;
 
    int real=obj->tail==0?obj->k:obj->tail-1;
    return obj->a[real];
 
   //return obj->a[(obj->tail+obj->k)%(obj->k+1)];
}
 
 
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}