栈和队列OJ题详解

一.有效的括号:

20. 有效的括号 - 力扣(LeetCode)

首先拿到这个题目,我的第一个思路是利用双指针来走,看看是不是匹配的

但是这种情况就把双指针的这个思路直接pass了,明明是匹配的括号,用双指针一走就不是匹配的。所以这个思路直接pass。

还有一个思路就是用栈来解决问题,如果是左括号就入栈,如果是右括号就与出栈顶的左括号看看是不是匹配的。

是左括号就入栈

是右括号就让栈顶的左括号出栈顶,看看两个是否匹配,就这样一个个匹配,如果都匹配上了,就是有效括号

这就是一个整体的思路,这就利用了栈的后进先出,这就可以找到离右括号最近的左括号进行匹配。所以是左括号入栈,右括号和栈顶的左括号去匹配如果匹配上了,就继续。

思路就是这么个思路,现在来实现代码:

首先把我们写过的栈的实现copy过来

再创建一个栈来存放左括号,创建完再初始化一下:

接下来再判断是否为左括号,是就入栈,是右括号就去栈顶的数据与其看看是否匹配:

在else语句里就是考虑是右括号的情况,但是如果我们写的代码是左括号与右括号匹配的话,只匹配一次并没有什么效果,要全部遍历完匹配才是真正的匹配,所以我们这里是写左括号与右括号不匹配的情况:

这里入栈是特别多的情况有可能边入边出,也有可能,先入几个,再出几个,情况复杂,所以用栈来实现这些复杂的情况,这样就可以找到最近的左括号是否与右括号相匹配。

接下来我们运行一下:

发现这个用例没有通过,发现在栈里面还有左括号没有出来,还有一种情况:

如果是这种情况,前面的括号都匹配成功,但是发现栈顶里面还有数据,但按照上面的代码此时任然会返回true,所以这次是数量没有对上,我们在这里还要加一个栈的判空,如果栈里面还有数据那么肯定是false。

此时加了这种情况我们再来运行代码:

此时我们发现如果只有一个右括号的话,我们去取栈顶数据,此时栈顶为空,这里取的话就是对空指针的解引用就会报错。

现在加上这种情况,再来测试:

完美通过了。

整个代码如图:

二.用队列实现栈:

225. 用队列实现栈 - 力扣(LeetCode)

栈是后进先出,而队列是先进先出

比如说这两个队列,一个队列里存着1 1 2,现在要实现栈就是取出栈顶数据2,怎么操作呢,先把1 1拿去另一个空的队列,然后再把2拿出来。

现在3要入栈那么就是入不为空的队列

再想去栈顶数据还是先将 1 1出队列再把3取出来。

现在来实现代码:

首先还是把我们实现队列的功能拷贝过来。

然后栈的创建就是开辟一个给栈的内存空间,然后调用写好的队列初始化函数,这样栈的创建就写好了。

现在来实现入栈:

上面也介绍过了,这里入数据是入队列是入不为空的队列,所以这里要利用判空函数,看看数据存在哪里:

谁不为空就存在哪里。

现在来实现移除栈顶元素并返回函数:

这里还是跟上面一样,有数据的队列就先移动size-1的数到另一个空的队列 然后就返回剩下的那个值即可。

这里还是用到假设法,假设一个队列为空进行操作,不为空就换一下就行,这样省下了很多代码。

这就是假设法的完成。

现在来完成具体操作,就是将不为空的队列的前size-1的数据取出,导给为空的队列,一开始不为空的队列现在就剩下一个数据,那个数据就是栈顶元素。

这就是整个的实现过程。

现在来实现返回栈顶元素的函数:

实现队列的时候,我们完成了取出队尾的数据的函数,在这里只要判断一下哪个队列不为空,就利用这个函数去取出栈顶元素即可:

现在来实现对栈的判空:

这个就是对两个队列进行判空,如果两个队列都为空,则这个栈必定是空的,如果有一个不是,则栈就不为空。

现在来实现对栈的销毁:

这里就是利用封装好的对队列销毁的函数,销毁两个队列,并且释放掉开辟的空间即可。

前面队列的实现是之前写好的,而此题中我们写的部分的代码如图:

整个代码如图:

三.设计循环队列:

622. 设计循环队列 - 力扣(LeetCode)

这里用数组去实现这个循环队列。

先在要实现循环队列的结构体里,先定义一个整型指针变量来存放开辟的空间再定义head和tail的变量,这样方便后面找尾和找头时直接利用。还有题目要求的队列长度变量k。

还有一个值得注意的是tail指的是队尾数据的下一个,如果tail指向队尾,那么空的时候指向的那个位置,一个数据指向的也是那个位置,所以这样就区分不开。所以这里tail指向的是队尾数据的下一个。

这里想删除数据,怎么删除呢?

就是head++,然后给那个数据给占掉。

这里再插入数据3:

这里tail指向的是队列结尾的下一个位置,因为是循环队列所以就绕回来了。

所以在这里就是有限的空间,保证先进先出,重复使用来实现循环队列。

但是我们还要考虑几个问题什么时候为空,什么时候为满?

第一种就是head==tail时为空。

那什么时候为满呢?

当tail和head从第二个空开始时,不断插入数据,最后发现还是tail==head时是满的,所以当head==tail时不知道是空还是满的情况,所以我们在这里要解决一下这个问题。

方法一:利用size来记录一下,当size==k时就是满,size==0即为空。

方法二:额外多开一个空间,就是开k+1的空间。

方法二比较装所以我们用方法二来解决,上图我们是能存放3个数据,我们利用方法二再额外多开一个空间,但这个空间不能用来存放数据,只能用来判断是空还是满来使用的。

如图:

我们在这里放入了三个数据,但是已经满了,这里我们再删除两个数据:

此时再插入两个数据看看:

此时就不能再插入了,再插入就溢出了,因为虽然是额外开的空间,但是存储的数据个数还是k个所以在这里用额外开辟空间的方法就有效避免了head==tail时有可能即为空也为满的情况,所以在这里tail+1==head即为满,tail==head即为空。

但其实并不是这么简单还有一种情况:

这种情况队列也满了,但是tail+1!=head所以这里我们用到了一个非常巧妙的运算(tail+1)%(k+1)==head即为满,比如说这里k==3,tail==3,所以一模就是0,这里head=0,所以为满,因为这里是数组,所以下标特殊。

再考虑上面那种情况,k==3,tail==1,所以(tail+1)%(k+1)==2,此时head=2,所以为满,这个模的运算非常巧妙的将所有情况全部包括进去了。

综上所有的分析,现在我们来实现代码:

首先就是循环队列的创造:

再来实现循环队列的判空,根据上面的分析,如果head==tail即为空:

再来实现循环队列的判满,也就像上面分析的那样利用模运算来判断:

再来实现向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真:

模一下的意义就是防止这个情况的出现,此时再来一个数据当出现这样的情况模一下,解决了回绕的问题。比如4%4=0这样tail就又回到了头的位置。

再来实现从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真:

这个模的情况也是解决回绕的问题。

再来实现从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 :

再来实现获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 :

利用三目运算符,如果tail在数组的头,就返回数组的尾,如果不是,tail指的是队尾的下一个数据,所以返回tail-1处的数据即可。

整个代码如图:

四.用栈实现队列:

232. 用栈实现队列 - 力扣(LeetCode)

要实现之前,栈是后进先出,队列是先进先出。

假设数据是1 1 2,现在想要出队列,就是出1,但是栈是后进先出,栈只能出2:

所以我们先把数据导到另一个栈里面去,然后顺序就是变成2 1 1,让他出栈就行:

然后现在想要入数据,比如说入3,这里又要怎么做呢:

这里我们可以直接放入另一个栈:

现在又想出数据了,因为是队列原本的顺序是1 1 2所以出的还是1,这样直接出2 和 1那个栈的数据就行,不用导过来导过去的了.

综上,我们可以定义两个栈,一个栈用来是入栈的,另一个是用来出栈的。

现在来实现队列的创造:

先开辟一个结构体指针的空间,然后再利用封装好的栈的初始化函数来初始化就行。

现在来实现将元素 x 推到队列的末尾:

这个功能简单的来说就是入栈,我们前面的思路已经讲过有数据直接放入专门入栈的栈中即可。

现在来实现返回队列开头的元素:

先全都将入栈的数据导到出栈的栈中,然后返回栈顶元素即可:

如果出栈的栈是空的,就将入栈的栈的数据导过来,如果不为空直接返回出栈的栈的栈顶元素即可。

 现在来实现从队列的开头移除并返回元素:

有了上一个函数的基础,这个就非常简单了,调用上一个函数,再将出栈的栈的栈顶数据删除即可:

现在来实现队列的判空:

还是对两个栈进行判空,如果都为空则队列也为空

现在来实现队列的销毁:

也就是销毁两个栈,再释放掉开辟的空间:

实现栈的功能的代码如图:

整个代码如图:

总结:这就是几个关于栈和队列的OJ题整个分析过程。

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