• 栈和队列 OJ题

    栈和队列

    1.括号匹配问题

    给定一个只包括 ‘(’，’)’，’{’，’}’，’[’，’]’ 的字符串 s ，判断字符串是否有效。
    有效字符串需满足：
     1.左括号必须用相同类型的右括号闭合。
     2.左括号必须以正确的顺序闭合。

    要求：
     时间复杂度：O(n)

    思路：
     该题是栈的典型应用，满足后进先出的规则（后入栈的前括号将优先与先出现的后括号相匹配）。
     遍历字符串，遇到前括号直接入栈。遇到后括号，判断该后括号与栈顶的前括号是否匹配（若此时栈为空，则字符串无效），若不匹配则字符串无效；若匹配则删除栈顶元素，继续遍历字符串，直到字符串遍历完毕。当字符串遍历完后，检测栈是否为空，若为空，则字符串有效，若不为空，说明有前括号未匹配，字符串无效。

    typedef char STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* _a;
	int _top; // 栈顶
	int _capacity; // 容量
}Stack;

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);

// 出栈
void StackPop(Stack* ps);

// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
bool StackEmpty(Stack* ps);

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->_top == 0;
}

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->_top;
}

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->_a[ps->_top - 1];
}

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = ps->_top = 0;
}

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		int newCapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (NULL == tmp)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->_a = tmp;
		ps->_capacity = newCapacity;
	}
	ps->_a[ps->_top] = data;
	ps->_top++;
}

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->_top--;
}

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = ps->_top = 0;
}

bool isValid(char * s){
    Stack st;
    StackInit(&st);

    while(*s)
    {
        if(*s == '(' || *s == '[' || *s == '{')
        {
            StackPush(&st, *s);
        }
        else
        {
            if(StackEmpty(&st))
            {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }
            else
            {
                if((*s == ')' && StackTop(&st) != '(')
                || (*s == ']' && StackTop(&st) != '[')
                || (*s == '}' && StackTop(&st) != '{'))
                {
                    StackDestroy(&st);
                    return false;
                }
                StackPop(&st);
            }
            
        }
        ++s;
    }
    if(!StackEmpty(&st))
    {
        StackDestroy(&st);
        return false;
    }
    return true;
}

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    2.用队列实现栈

    请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通队列的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。

    实现 MyStack 类：
     void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
     int pop() 移除并返回栈顶元素。
     int top() 返回栈顶元素。
     boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

    思路：
     使用两个队列，始终保持一个队列为空。当我们需要进行压栈操作时，将数据压入不为空的队列中（若两个都为空，则随便压入一个队列）。当需要进行出栈操作时，将不为空的队列中的数据导入空队列，仅留下一个数据，这时将这个数据返回并且删除即可。判断栈是否为空，即判断两个队列是否同时为空。
    在这里插入图片描述

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

typedef struct Queue
{
	QNode* head;
	QNode* tail;
	int size;
}Queue;

void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestory(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);

QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);

bool QueueEmpty(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->size = 0;
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueueDestory(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->head;
	while (cur)
	{
		QNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
	}
	pq->size = 0;
	pq->head = pq->tail = NULL;
}

void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
	}

	if (pq->tail == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	return pq->tail == NULL && pq->head == NULL;
}

void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!(QueueEmpty(pq)));

	if (pq->head->next == NULL)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail = NULL;
	}
	else
	{
		QNode* del = pq->head;
		pq->head = pq->head->next;
		free(del);
		del = NULL;
	}
	pq->size--;
}


QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!(QueueEmpty(pq)));

	return pq->head->data;
}

QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!(QueueEmpty(pq)));

	return pq->tail->data;
}

int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	
	return pq->size;
}


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


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    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* empty = &obj->q1;
    Queue* noEmpty = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        empty = &obj->q2;
        noEmpty = &obj->q1;
    }

    // n-1 导入非空序列
    while(QueueSize(noEmpty) > 1)
    {
        QueuePush(empty, QueueFront(noEmpty));
        QueuePop(noEmpty);
    }
    int top = QueueFront(noEmpty);
    QueuePop(noEmpty);

    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) {
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);
}

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    3.用栈实现队列

    请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）。

    实现 MyQueue 类：
     void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾。
     int pop() 从队列的开头移除并返回元素。
     int peek() 返回队列开头的元素。
     boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false。

    思路：
     使用两个栈，第一个栈只用于数据的输入，第二个栈只用于数据的输出。当需要输出数据，但第二个栈为空时，先将第一个栈中的数据一个一个导入到第二个栈，然后第二个栈再输出数据即可。
    在这里插入图片描述

    typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* _a;
	int _top; // 栈顶
	int _capacity; // 容量
}Stack;

// 初始化栈
void StackInit(Stack* ps);

// 入栈
void StackPush(Stack* ps, STDataType data);

// 出栈
void StackPop(Stack* ps);

// 获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* ps);

// 获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps);

// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
bool StackEmpty(Stack* ps);

// 销毁栈
void StackDestroy(Stack* ps);

bool StackEmpty(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->_top == 0;
}

int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->_top;
}

STDataType StackTop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->_a[ps->_top - 1];
}

void StackInit(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = ps->_top = 0;
}

void StackPush(Stack* ps, STDataType data)
{
	assert(ps);
	if (ps->_top == ps->_capacity)
	{
		int newCapacity = ps->_capacity == 0 ? 4 : ps->_capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->_a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (NULL == tmp)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->_a = tmp;
		ps->_capacity = newCapacity;
	}
	ps->_a[ps->_top] = data;
	ps->_top++;
}

void StackPop(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	ps->_top--;
}

void StackDestroy(Stack* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->_a);
	ps->_a = NULL;
	ps->_capacity = ps->_top = 0;
}

typedef struct {
    Stack pushST;
    Stack popST;
} MyQueue;


MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    StackInit(&obj->pushST);
    StackInit(&obj->popST);

    return obj;
}

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

void PushSTToPopST(MyQueue* obj)
{
    if(StackEmpty(&obj->popST))
    {
        while(!StackEmpty(&obj->pushST))
        {
           StackPush(&obj->popST, StackTop(&obj->pushST));
           StackPop(&obj->pushST);
        }
    }
}

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    PushSTToPopST(obj);
    int front = StackTop(&obj->popST);
    StackPop(&obj->popST);
    return front;
}



int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    PushSTToPopST(obj);
    int front = StackTop(&obj->popST);
    return front;
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return StackEmpty(&obj->popST) && StackEmpty(&obj->pushST);

}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    StackDestroy(&obj->pushST);
    StackDestroy(&obj->popST);
    free(obj);
}

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    4.设计循环队列

    设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。
     循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

    实现 MyCircularQueue 类：
     MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
     Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
     Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
     enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
     deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
     isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
     isFull(): 检查循环队列是否已满。

    思路：
     在环形队列中，队列为空时，队头队尾指向同一个位置。当队列不为空时，队头指向插入的第一个数据，队尾指向最后一个数据的下一个位置。当tail+1等于front时，说明环形队列已满。
     注意：环形队列的队尾不能像常规队列中队尾一样指向最后一个数据，如果这样的话，我们将不能区别环形队列的状态是空还是满，因为此时队头和队尾都指向同一个位置。这就意味着，我们必须留出一个空间，这个空间不能存放数据，这样我们才能很好的区别环形队列的状态是空还是满。

    在这里插入图片描述
    我们如果用一个数组来实现这个环形队列的话，上面这三种状态就对应于以下三种状态：

    在这里插入图片描述
    可以看出，此时这个数组和环形完全扯不上关系，这其实很简单，我们只需注意判断两个地方：
     1.当指针指向整个数组的后方的时候，让该指针重新指向数组的第一个元素。
     2.当指针指向整个数组的前方的时候，让该指针直接指向数组最后一个有效元素的后面。

    typedef struct {
    int* a;
    int front;
    int back;
    int N;
} MyCircularQueue;


bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front == obj->back;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->back+1) % obj->N == obj->front;
}

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k+1));
    obj->front = obj->back = 0;
    obj->N = k + 1;

    return obj;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    else
    {
       obj->a[obj->back] = value;
       obj->back++;
       obj->back %= obj->N;

       return true;
    }

}

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

        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->back-1+obj->N) % obj->N];
    }
}

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


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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/jiejiezuishuai/article/details/126242887