数据结构第七讲：栈和队列OJ题

数据结构第七讲：栈和队列OJ题

  • 1.有效的括号
  • 2.用队列实现栈
  • 3.用栈实现队列
  • 4.设计循环队列

1.有效的括号

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typedef char StackDataType;typedef struct Stack
{StackDataType* arr;//使用一个指针来指向开辟的数组int capacity;//保存数组的空间大小int top;//指向栈顶
}Stack;//栈的初始化
void Init(Stack* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}//栈的销毁
void Destory(Stack* ps)
{assert(ps);//注意：这个要加上if进行判断，为了确保arr数组不是指向NULLif(ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}//栈的插入
void StackPush(Stack* ps, StackDataType x)
{assert(ps);//因为只有栈的插入才需要开辟空间，所以开辟结点空间不必封装成一个函数if (ps->top == ps->capacity){//空间不足，需要开辟int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;StackDataType* parr = (StackDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(StackDataType));if (parr == NULL){perror("malloc faile!");exit(1);}ps->arr = parr;ps->capacity = newcapacity;}ps->arr[ps->top++] = x;
}//栈的删除
void StackPop(Stack* ps)
{//栈为NULL时不能删除，栈中没有数据时不能删除assert(ps && ps->top);--ps->top;
}//取栈顶元素
StackDataType StackPrint(Stack* ps)
{assert(ps && ps->top);return ps->arr[--ps->top];
}//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}--------------------------------------------------------------------------
//下面才是实现思路
bool isValid(char* s) {Stack ps;//先对栈进行初始化Init(&ps);while(*s){if(*s=='(' || *s=='{' || *s=='['){//三种情况，进行插入StackPush(&ps, *s);}else{if((ps.top == 0) || (ps.top==0 && *s!='\0')) return false;StackDataType a = StackPrint(&ps);if( (a=='(' && *s==')') ||  (a=='[' && *s==']') ||(a=='{' && *s=='}') );else{//不匹配时，直接返回falsereturn false;}}s++;}if(ps.top!=0 && *s=='\0') return false;return true;
}

2.用队列实现栈

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//结点结构体
typedef int QueueDataType;typedef struct QueueNode
{//和链表一样，也需要结点进行链接QueueDataType val;struct QueueNode* next;
}QueueNode;//队列结构体
typedef struct Queue
{QueueNode* head;//指向队列的头部，方便删除数据QueueNode* tail;//指向队列的尾部，方便插入数据int size;//用来记录有效数据的个数
}Queue;//队列初始化
void Init(Queue* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}//销毁队列
void Destory(Queue* pq)
{assert(pq);QueueNode* prev = pq->head;while (prev){   QueueNode* next = prev->next;free(prev);prev = next;}pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{assert(pq);//只有入队列需要开辟结点空间QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));if (newnode == NULL){perror("malloc faile!");exit(1);}newnode->val = x;newnode->next = NULL;//要分情况讨论：当队列一开始没有一个结点时if (pq->head == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}else{//直接插入到末尾即可//head ... tail newnodepq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->size++;
}//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{assert(pq && pq->head);//出队列要求从队列开头进行删除//此时要分情况讨论：当只具有一个结点时if (pq->head == pq->tail){free(pq->head);pq->head = pq->tail == NULL;}else{//pq->head pq->head->nextQueueNode* tmp = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = tmp;}--pq->size;
}//取队列头结点数据
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{assert(pq && pq->head);return pq->head->val;
}//取队列尾节点数据
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{assert(pq && pq->head && pq->tail);return pq->tail->val;
}//队列有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}//检查队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}
///
typedef struct {//需要创建两个队列Queue q1;Queue q2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate() {MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));Init(&pst->q1);Init(&pst->q2);return pst;
}void myStackPush(MyStack* obj, int x) {//将数据压入栈，首先要找到那个不为空的队列//假设第一个队列不为空Queue* none = &obj->q1;Queue* emp = &obj->q2;if(QueueEmpty(&obj->q1)){none = &obj->q2;emp = &obj->q1;}QueuePush(none, x);
}int myStackPop(MyStack* obj) {//出栈Queue* none = &obj->q1;Queue* emp = &obj->q2;if(QueueEmpty(&obj->q1)){none = &obj->q2;emp = &obj->q1;}//先将size-1个数据保存到空的队列中while(QueueSize(none) > 1){int data = QueueFront(none);QueuePush(emp, data);QueuePop(none);}int data = QueueFront(none);QueuePop(none);return data;
}int myStackTop(MyStack* obj) {//取栈顶元素Queue* none = &obj->q1;Queue* emp = &obj->q2;if(QueueEmpty(&obj->q1)){none = &obj->q2;emp = &obj->q1;}return QueueBack(none);
}bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}void myStackFree(MyStack* obj) {Destory(&obj->q1);Destory(&obj->q2);free(obj);obj = NULL;
}

3.用栈实现队列

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typedef int StackDataType;typedef struct Stack
{StackDataType* arr;//使用一个指针来指向开辟的数组int capacity;//保存数组的空间大小int top;//指向栈顶
}Stack;//栈的初始化
void Init(Stack* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}//栈的销毁
void Destory(Stack* ps)
{assert(ps);//注意：这个要加上if进行判断，为了确保arr数组不是指向NULLif(ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->top = 0;
}//栈的插入
void StackPush(Stack* ps, StackDataType x)
{assert(ps);//因为只有栈的插入才需要开辟空间，所以开辟结点空间不必封装成一个函数if (ps->top == ps->capacity){//空间不足，需要开辟int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;StackDataType* parr = (StackDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(StackDataType));if (parr == NULL){perror("malloc faile!");exit(1);}ps->arr = parr;ps->capacity = newcapacity;}ps->arr[ps->top++] = x;
}//栈的删除
void StackPop(Stack* ps)
{//栈为NULL时不能删除，栈中没有数据时不能删除assert(ps && ps->top);--ps->top;
}//取栈顶元素
StackDataType StackPrint(Stack* ps)
{assert(ps && ps->top);return ps->arr[ps->top-1];
}//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}//检查栈是否为空
bool StackCheck(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}
/
typedef struct {//首先要创建出两个栈结构体Stack push;Stack pop;
} MyQueue;MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue* queue = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));Init(&queue->push);Init(&queue->pop);return queue;
}void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {StackPush(&obj->push, x);
}int myQueuePop(MyQueue* obj) {//删除元素要在pop队列中删除//此时要进行讨论//当pop链表还不为空时，直接删除一个元素即可if(!StackCheck(&obj->pop)){int data = StackPrint(&obj->pop);StackPop(&obj->pop);return data;}//当pop链表为空时，需要将push链表中的数据移到pop链表中//先将元素全部移到pop队列中while(!StackCheck(&obj->push)){int data = StackPrint(&obj->push);StackPush(&obj->pop, data);StackPop(&obj->push);}//然后删除pop中的一个元素即可int data = StackPrint(&obj->pop);StackPop(&obj->pop);return data;
}int myQueuePeek(MyQueue* obj) {//返回队列开头的元素//此时也要进行检查if(!StackCheck(&obj->pop)){return StackPrint(&obj->pop);}//当pop链表为空时，需要将push链表中的数据移到pop链表中//先将元素全部移到pop队列中while(!StackCheck(&obj->push)){int data = StackPrint(&obj->push);StackPush(&obj->pop, data);StackPop(&obj->push);}return StackPrint(&obj->pop);
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {//检查队列是否为空return StackCheck(&obj->push) && StackCheck(&obj->pop);
}void myQueueFree(MyQueue* obj) {Destory(&obj->push);Destory(&obj->pop);free(obj);obj = NULL;
}

4.设计循环队列

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要区分队列已满和队列中无数据就要多开辟一块空间，但是那一块空间只是一个指代作用，其实并不会被使用

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typedef struct {int *arr;int front;int rear;int capacity;
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue* tmp = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));//需要多创建一个int字节的空间，因为后边还要使用tmp->arr = (int*)malloc(sizeof(int) * (k+1));tmp->front = tmp->rear = 0;tmp->capacity = k;return tmp;
}//判断循环队列是否已满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {return (obj->rear + 1) % (obj->capacity + 1) == obj->front;
}bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {//当队列已满时不能进行插入数据if(myCircularQueueIsFull(obj)){return false;}//当循环队列不满时，在rear位置插入数据即可obj->arr[obj->rear++] = value;//如果rear的结果超出了数组的大小，要对rear的值进行一个更正obj->rear %= (obj->capacity+1);return true;
}//判断队列是否为空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {return obj->rear == obj->front;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {//删除数据时直接移动front的指向即可//当队列为空时不能够执行删除操作if(myCircularQueueIsEmpty(obj));{return false;}obj->front++;//对front的位置进行校正obj->front %= (obj->capacity+1);return true;
}int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}return obj->arr[obj->front];
}int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}int prev = obj->rear - 1;if (obj->rear == 0){prev = obj->capacity - 1;}return obj->arr[prev];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->arr);free(obj);obj = NULL;
}

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