LeetCode/NowCoder-栈和队列OJ练习

孜孜不倦：孜孜：勤勉，不懈怠。指工作或学习勤奋不知疲倦。💓💓💓

说在前面

题目一：括号匹配问题

题目二：用队列实现栈

题目三：用栈实现队列

题目四：设计循环队列

SUMUP结尾

说在前面

dear朋友们大家好！💖💖💖我们又见面了，有到了我们数据结构的刷题时间了。我们上次刚学完了栈和队列，现在正好练练手~

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题目一：括号匹配问题

题目链接：20. 有效的括号 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

题目分析：

思路：由于C语言没有单独提供栈的实现，我们首先需要把我们之前写的栈的实现的接口都复制到题当中，接口如下：

typedef char STDataType;typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;//栈的初始化
void STInit(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;//top指的是栈顶数据的下一个位置pst->top = pst->capacity = 0;
}//扩容
static void STCheckCapacity(ST* pst)
{if (pst->top == pst->capacity){int NewCapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;STDataType* temp = (STDataType*)realloc(pst->a, NewCapacity * sizeof(STDataType));if (temp == NULL){perror("realloc operation failed");exit(1);}pst->a = temp;pst->capacity = NewCapacity;}
}//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{assert(pst);STCheckCapacity(pst);pst->a[pst->top++] = x;
}//出栈
void STPop(ST* pst)
{assert(pst && pst->top);pst->top--;
}//获取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{assert(pst && pst->top);return pst->a[pst->top - 1];
}//检测栈是否为空
bool STEmpty(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top == 0;
}//获取栈中有效元素个数
int STSize(ST* pst)
{assert(pst);return pst->top + 1;
}//栈的销毁
void STDestroy(ST* pst)
{assert(pst);pst->a = NULL;pst->top = pst->capacity = 0;
}

在此基础上我们才能完成题解。

这题为什么会想到用栈来解决呢？我们可以认为每次得到一个右括号，都和从右边往左的第一个左括号进行匹配，如果匹配成功，就是对的，如果有哪一次匹配失败了，说明不正确，返回false。那么我们观察左括号很明显就有个特点，就是最后输入的左括号要先和右括号匹配，这和我们栈的LIFO（Last In First Out）是一样的。

比如：

像上面这个例子，我们可以用栈存放左括号。如果是三种左括号的一种，我们就把它压入栈中，如果是三种右开括号的一种，我们取出栈顶的左括号，和它进行匹配。

当放入这三个左括号，我们输入了一个右括号，此时我们需要得到栈顶的括号（STTop）和当前右有括号对比看是否匹配。如果匹配成功，我们还需要将这个数据删除，然后继续这个操作，也就是每次对比都会消耗一个左括号。

显然两个左括号都匹配成功，此时再继续压栈。最后两个右括号刚好也和两个左括号匹配成功，所以最后我们可以判断栈是否为空（STEmpty）来判断是否整体都是匹配成功的。

代码如下：

 bool isValid(char* s) {ST st;STInit(&st);while(*s){//左括号入栈if(*s == '(' || *s == '[' || *s == '{'){STPush(&st, *s);}else//右括号去栈顶左括号尝试匹配{if(STEmpty(&st))//栈为空{STDestroy(&st);return false;}char top = STTop(&st);STPop(&st);//匹配失败if(*s == ')' && top != '('|| *s == ']' && top != '['|| *s == '}' && top != '{')return false;}s++;}bool ret = STEmpty(&st);STDestroy(&st);return ret;}

最后有一个地方需要注意，就是如果我们刚开始就进入右括号，此时没有做括号匹配，那么直接就跳出循环，栈也是为空的，就返回了true，这显然是错误的。所以我们在输入右括号的时候也要判断一下栈是否为空，若为空直接返回false。

题目二：用队列实现栈

题目链接：225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

题目分析：

思路：和题目一同样的，我们需要将队列的实现的所有接口都复制到题目当中，才能在接下来使用队列，接口如下：

typedef int QDataType;typedef struct QueueNode
{QDataType val;struct QueueNode* next;
}QNode;typedef struct Queue
{struct QueueNode* phead;struct QueueNode* ptail;int size;
}Queue;//队列的初始化
void QueueInit(Queue* pq)
{assert(pq);pq->phead = NULL;pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc operation failed");exit(1);}newnode->next = NULL;newnode->val = x;if (pq->ptail == NULL){pq->phead = pq->ptail = newnode;}else{pq->ptail->next = newnode;pq->ptail = newnode;}pq->size++;
}//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq && pq->size);if (pq->phead->next == NULL){free(pq->phead);pq->phead = pq->ptail = NULL;}else{QNode* next = pq->phead->next;free(pq->phead);pq->phead = next;}pq->size--;
}//获取队列有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq && pq->phead);return pq->phead->val;
}//获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq && pq->ptail);return pq->ptail->val;
}//检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size == 0;
}//销毁队列
void QueueDestroy(Queue* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->phead;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->phead = pq->ptail = NULL;pq->size = 0;
}

有了上述接口以后，我们思考接下来如何用两个队列实现栈。

我们知道，栈是后入先出的，而队列是先入先出的。函数需要我们实现栈的基本操作：push（压栈）、pop（弹栈）、top（取栈顶元素）、empty（判空）。对于压栈来说，其实可以直接实现，我们把一个队列的队头当做栈底，队尾入队列（QueuePush）就相当于压栈。问题是如何弹栈呢？队列只能是一端入，另一端出，没办法直接实现删除队尾的数据。这个时候，我们可以借助另一个队列。我们可以将队列中的数据从队头开始都入到另一个队列的中，只留下最后一个队尾的数据，然后再删除这个数据就可以了。

这也是这道题中重要的思想，去栈顶元素可以直接用QueueBack实现，而判空就是两个队列都为空即为空，同时要注意压栈应该压入到不为空的队列中，栈顶元素返回的也是不为空的队列中的尾元素，请大家注意。

代码如下：

//创建包含两个队列的匿名结构体
typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;//初始化这两个队列
MyStack* myStackCreate() {MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&pst->q1);QueueInit(&pst->q2);return pst;
}压栈，即压入不为空的队列中，如果都为空那就都行
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {if(!QueueEmpty(&obj->q1)){QueuePush(&obj->q1, x);}else{QueuePush(&obj->q2, x);}
}//弹栈
int myStackPop(MyStack* obj) {//假设法，假设q1是空的，若不成立那就q2是空的Queue* empty = &obj->q1;Queue* noempty = &obj->q2;if(!QueueEmpty(empty)){empty = &obj->q2;noempty = &obj->q1;}//把不空的队列入到空队列中，并留下最后一个while(QueueSize(noempty) - 1){QueuePush(empty, QueueFront(noempty));QueuePop(noempty);}int top = QueueFront(noempty);QueuePop(noempty);return top;
}//取栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj) {if(!QueueEmpty(&obj->q1)){return QueueBack(&obj->q1);}else{return QueueBack(&obj->q2);}
}//判空
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}//销毁栈
void myStackFree(MyStack* obj) {QueueDestroy(&obj->q1);QueueDestroy(&obj->q2);free(obj);
}

题目三：用栈实现队列

题目链接：232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

题目分析：

思路1：和队列实现栈是基本类似的，建议大家做了第二题再看这道题。不过这里有个地方不太一样，就是Pop，在队列实现栈中，我们只需要将队列中的数据插入到另外一个队列中，再删除剩下的那一个就行了，但是栈实现队列，将栈中的数据压栈到另外的一个栈，删除栈底的那个数据后，由于顺序反了，我们还需要将另一个栈的数据再放回来才行。

也就是这里会有区别，其他地方其实都和题目二是一样的。

代码如下：

//创建包含两个栈的匿名结构体
typedef struct {ST st1;ST st2;
} MyQueue;//初始化结构体
MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue* pq = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&pq->st1);STInit(&pq->st2);return pq;
}//队尾入队列
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {if(!STEmpty(&obj->st1)){STPush(&obj->st1, x);}else{STPush(&obj->st2, x);}
}//队头出队列
int myQueuePop(MyQueue* obj) {ST* empty = &obj->st1;ST* noempty = &obj->st2;if(!STEmpty(empty)){empty = &obj->st2;noempty = &obj->st1;}while(STSize(noempty) > 1){STPush(empty, STTop(noempty));STPop(noempty);}int top = STTop(noempty);STPop(noempty);while(STSize(empty)){STPush(noempty, STTop(empty));STPop(empty);}return top;
}//获得队头数据
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {ST* empty = &obj->st1;ST* noempty = &obj->st2;if(!STEmpty(empty)){empty = &obj->st2;noempty = &obj->st1;}while(STSize(noempty) > 1){STPush(empty, STTop(noempty));STPop(noempty);}int top = STTop(noempty);STPush(empty, STTop(noempty));STPop(noempty);while(STSize(empty)){STPush(noempty, STTop(empty));STPop(empty);}return top;
}//判空
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return STEmpty(&obj->st1) && STEmpty(&obj->st2);
}//销毁队列
void myQueueFree(MyQueue* obj) {STDestroy(&obj->st1);STDestroy(&obj->st2);free(obj);

思路2：除了思路1，我们其实还有另外一种方法，就是将一个栈的栈顶当做队头，入数据，另外一个栈的栈顶当做队尾，出数据：

那么入队列就相当于将数据压入到左边的栈（pushst）中，出队列就相当于是删除右边的栈（popst）的栈顶数据，如果右边的栈中没有数据了，再把左边的栈的数据全部导入到右边，这样往复就可以了。

代码如下：

//创建包含两个栈的匿名结构体
typedef struct {ST pushst;ST popst;
} MyQueue;//初始化结构体内容
MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue* pst = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&pst->pushst);STInit(&pst->popst);return pst;
}//队尾入队列
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {STPush(&obj->pushst, x);//相当于压入pushst中
}//取得队头数据
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {if(STEmpty(&obj->popst))//如果popst中没有数据，就把pushst中的数据导到popst中{while(!STEmpty(&obj->pushst)){STPush(&obj->popst, STTop(&obj->pushst));STPop(&obj->pushst);}}return STTop(&obj->popst);
}//队头出队列
int myQueuePop(MyQueue* obj) {int front = myQueuePeek(obj);//有数据，直接获取，没数据，先将pushst导入STPop(&obj->popst);return front;
}//判空
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return STEmpty(&obj->pushst) && STEmpty(&obj->popst);
}//销毁队列
void myQueueFree(MyQueue* obj) {STDestroy(&obj->pushst);STDestroy(&obj->popst);free(obj);
}

题目四：设计循环队列

题目链接：622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode）

题目描述：

题目分析：

思路：创建数组，利用模运算使得操作控制在0~k元素范围内，并保证tail不放数据。

我们一般的队列是用链表实现的，但是对于循环队列，数组的方法可能更好实现，链表的方法并不比数组的方法简单多少。

//创建包含数组相关内容的匿名结构体
typedef struct {int* arr;int head;int tail;int k;
} MyCircularQueue;//初始化结构体中的各项数据
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue* st = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));st->arr = (int*)malloc((k + 1) * sizeof(int));st->head = 0;st->tail = 0;st->k = k;return st;
}//如果head和tail位置相同，循环队列为空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {return obj->head == obj->tail;
}//如果head在tail的下一个位置，循环队列为满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {return obj->head == (obj->tail + 1) % (obj->k + 1); 
}//队尾入队列
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {if(myCircularQueueIsFull(obj))return false;obj->arr[obj->tail] = value;obj->tail++;obj->tail %= (obj->k + 1);return true;
}//队头出队列
bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return false;obj->head++;obj->head %= (obj->k + 1); return true;
}//取队头数据
int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;elsereturn obj->arr[obj->head];
}//取队尾数据
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj))return -1;elsereturn obj->tail == 0 ? obj->arr[obj->k] : obj->arr[obj->tail - 1];//return obj->arr[(obj->tail + obj->k) % (obj->k + 1)];
}//销毁队列
void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->arr);free(obj);
}

这道题锻炼并加深了对模运算的理解，对上面每个函数体中的模运算大家一定要理解清楚。那链表的方式为什么复杂呢？原因就是因为，在数组中我们取尾的前一个只要下标-1就可以了，最多再加上模运算，但是对于链表是不好找前一个尾节点的前一个节点的。当然有解决办法，如改用双向链表，或者记录tail的前一个节点prev，也可以重新遍历链表。但是这些解决方法无一不大大增加了代码的复杂度且降低了可读性，所以对于循环链表来说，数组的解决方法是更好的。