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C++数据结构与算法——栈与队列

20 人参与  2024年02月24日 18:01  分类 : 《随便一记》  评论

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C++第二阶段——数据结构和算法,之前学过一点点数据结构,当时是基于Python来学习的,现在基于C++查漏补缺,尤其是树的部分。这一部分计划一个月,主要利用代码随想录来学习,刷题使用力扣网站,不定时更新,欢迎关注!

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一、用栈实现队列(力扣232)二、用队列实现栈(力扣225)三、有效的括号(力扣20)四、 删除字符串中的所有相邻重复项(力扣1047)五、逆波兰表达式求值(力扣150)六、滑动窗口最大值(力扣239)七、前 K 个高频元素(力扣347)

一、用栈实现队列(力扣232)

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
说明:
你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque(双端队列)来模拟一个栈,只要是标准的栈操作即可。
示例 1:
输入:
[“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出:
[null, null, null, 1, 1, false]
解释:
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

class MyQueue {public:    MyQueue() {    }    // 两个栈配合实现队列    stack<int> s1;    stack<int> s2;    void push(int x) {        s1.push(x);        updateS2(s1,s2);    }        int pop() {        int result =s2.top();        s2.pop();        updateS1(s1,s2);        return result;    }        int peek() {        return s2.top();    }        bool empty() {        if(s2.size()==0){            return true;        }        return false;    }    // 更新s2    void updateS2(stack<int> s1,stack<int> &s2){        // 先将s2清空,再将s1中所有元素添加到s2中        int s2Size = s2.size();        for(int i=0;i<s2Size;i++){            s2.pop();        }        // 将s1中所有元素添加到s2中        int s1Size = s1.size();        for(int i=0;i<s1Size;i++){            int temp = s1.top();            s2.push(temp);            s1.pop();        }    }    void updateS1(stack<int> &s1,stack<int> s2){        // 先将s1清空,再将s2中所有元素添加到s1中        int s1Size = s1.size();        for(int i=0;i<s1Size;i++){            s1.pop();        }        // 将s1中所有元素添加到s2中        int s2Size = s2.size();        for(int i=0;i<s2Size;i++){            int temp = s2.top();            s1.push(temp);            s2.pop();        }    }};/** * Your MyQueue object will be instantiated and called as such: * MyQueue* obj = new MyQueue(); * obj->push(x); * int param_2 = obj->pop(); * int param_3 = obj->peek(); * bool param_4 = obj->empty(); */

在这里插入图片描述

二、用队列实现栈(力扣225)

请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通栈的全部四种操作(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 。
注意:你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。
你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list (列表)或者 deque(双端队列)来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。
示例:
输入:
[“MyStack”, “push”, “push”, “top”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出:
[null, null, null, 2, 2, false]
解释:
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

class MyStack {public:    MyStack() {    }    // 使用一个队列完成    queue<int> q;    void push(int x) {        q.push(x);    }        int pop() {        // 将前面的重新添加到队列尾端        int qSize = q.size()-1;        for(int i=0;i<qSize;i++){            q.push(q.front());            q.pop();        }        int result = q.front();        q.pop();        return result;    }        int top() {        return q.back();    }        bool empty() {        if(q.size()==0){            return true;        }        return false;    }};/** * Your MyStack object will be instantiated and called as such: * MyStack* obj = new MyStack(); * obj->push(x); * int param_2 = obj->pop(); * int param_3 = obj->top(); * bool param_4 = obj->empty(); */

在这里插入图片描述

三、有效的括号(力扣20)

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:
左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。
示例 1:
输入:s = “()”
输出:true
示例 2:
输入:s = “()[]{}”
输出:true
示例 3:
输入:s = “(]”
输出:false
提示:
1 <= s.length <= 104
s 仅由括号 ‘()[]{}’ 组成

class Solution {public:    bool isValid(string s) {        if(s.length()%2!=0) return false;        stack<char> st;        for(int i=0;i<s.length();i++){            if(s[i]=='(') st.push(')');            else if(s[i]=='[') st.push(']');            else if(s[i]=='{') st.push('}');            else if(st.empty()||s[i]!=st.top()) return false;            else st.pop();        }        return st.empty();    }};

在这里插入图片描述

四、 删除字符串中的所有相邻重复项(力扣1047)

给出由小写字母组成的字符串 S,重复项删除操作会选择两个相邻且相同的字母,并删除它们。
在 S 上反复执行重复项删除操作,直到无法继续删除。
在完成所有重复项删除操作后返回最终的字符串。答案保证唯一。
示例:
输入:“abbaca”
输出:“ca”
解释:
例如,在 “abbaca” 中,我们可以删除 “bb” 由于两字母相邻且相同,这是此时唯一可以执行删除操作的重复项。之后我们得到字符串 “aaca”,其中又只有 “aa” 可以执行重复项删除操作,所以最后的字符串为 “ca”。
提示:
1 <= S.length <= 20000
S 仅由小写英文字母组成。

class Solution {public:    string removeDuplicates(string s) {        // 使用栈        stack<char> st;        for(int i=0;i<s.size();i++){            if(st.empty()||st.top()!=s[i]){                st.push(s[i]);            }            else{                st.pop();            }        }        if(st.empty()) return "";        string result;        while(!st.empty()){            result+= st.top();            st.pop();        }        reverse(result.begin(),result.end());        return result;    }};

在这里插入图片描述

五、逆波兰表达式求值(力扣150)

给你一个字符串数组 tokens ,表示一个根据 逆波兰表示法 表示的算术表达式。
请你计算该表达式。返回一个表示表达式值的整数。
注意:
有效的算符为 ‘+’、‘-’、'’ 和 ‘/’ 。
每个操作数(运算对象)都可以是一个整数或者另一个表达式。
两个整数之间的除法总是 向零截断 。
表达式中不含除零运算。
输入是一个根据逆波兰表示法表示的算术表达式。
答案及所有中间计算结果可以用 32 位 整数表示。
示例 1:
输入:tokens = [“2”,“1”,“+”,“3”,"
“]
输出:9
解释:该算式转化为常见的中缀算术表达式为:((2 + 1) * 3) = 9
示例 2:
输入:tokens = [“4”,“13”,“5”,”/“,”+“]
输出:6
解释:该算式转化为常见的中缀算术表达式为:(4 + (13 / 5)) = 6
示例 3:
输入:tokens = [“10”,“6”,“9”,“3”,”+“,”-11",““,”/“,””,“17”,“+”,“5”,“+”]
输出:22
解释:该算式转化为常见的中缀算术表达式为:
((10 * (6 / ((9 + 3) * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / (12 * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / -132)) + 17) + 5
= ((10 * 0) + 17) + 5
= (0 + 17) + 5
= 17 + 5
= 22

class Solution {public:    int evalRPN(vector<string>& tokens) {        //使用栈进行操作        stack<long long> st;        long long result;        for(int i=0;i<tokens.size();i++){            if(tokens[i]=="+"||tokens[i]=="-"||tokens[i]=="*"||tokens[i]=="/"){                // 是符号                // 取出两个进行运算                long long num2 = st.top();                st.pop();                long long num1 = st.top();                st.pop();                if(tokens[i]=="+") st.push(num1+num2);                else if(tokens[i]=="-") st.push(num1-num2);                else if(tokens[i]=="*") st.push(num1*num2);                 else st.push(num1/num2);            }            else{                st.push(stoll(tokens[i]));            }        }        int fin = st.top();        st.pop();        return fin;    }};

在这里插入图片描述

六、滑动窗口最大值(力扣239)

给你一个整数数组 nums,有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。
返回 滑动窗口中的最大值 。
示例 1:
输入:nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3
输出:[3,3,5,5,6,7]
解释:
滑动窗口的位置 最大值
[1 3 -1] -3 5 3 6 7 3
1 [3 -1 -3] 5 3 6 7 3
1 3 [-1 -3 5] 3 6 7 5
1 3 -1 [-3 5 3] 6 7 5
1 3 -1 -3 [5 3 6] 7 6
1 3 -1 -3 5 [3 6 7] 7
示例 2:
输入:nums = [1], k = 1
输出:[1]
提示:
1 <= nums.length <= 105
-104 <= nums[i] <= 104
1 <= k <= nums.length

class Solution {    // 使用双端队列    class Myduque{    public:        deque<int> dq;        void mypop(int val){            if(!dq.empty()&&val==dq.front()){                dq.pop_front();            }        }        void mypush(int val){            while(!dq.empty()&&val>dq.back()){                dq.pop_back();            }            // 添加队列            dq.push_back(val);        }        int getMax(){            return dq.front();        }    };public:    vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {        // 定义结果列表        vector<int> result;        Myduque Mydq;        // 现将前k个元素添加到队列        for(int i=0;i<k;i++){            Mydq.mypush(nums[i]);        }        // 添加结果        result.push_back(Mydq.getMax());        for(int i=k;i<nums.size();i++){            // 添加一个            Mydq.mypush(nums[i]);            // 弹出一个            Mydq.mypop(nums[i-k]);            // 结果添加到列表            result.push_back(Mydq.getMax());        }        return result;    }};

在这里插入图片描述

七、前 K 个高频元素(力扣347)

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ,请你返回其中出现频率前 k 高的元素。你可以按 任意顺序 返回答案。
示例 1:
输入: nums = [1,1,1,2,2,3], k = 2
输出: [1,2]
示例 2:
输入: nums = [1], k = 1
输出: [1]
提示:
1 <= nums.length <= 105
k 的取值范围是 [1, 数组中不相同的元素的个数]
题目数据保证答案唯一,换句话说,数组中前 k 个高频元素的集合是唯一的
进阶:你所设计算法的时间复杂度 必须 优于 O(n log n) ,其中 n 是数组大小。

class Solution {    class Mycompare{    public:        bool operator()(const pair<int,int> &left,const pair<int,int> &right){            return left.second>right.second;        }    };public:    vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {        // 结果数组        vector<int> result;        // 使用map存储        unordered_map<int,int> Mymap;        // 统计每个元素出现的次数        for(int i=0;i<nums.size();i++){            Mymap[nums[i]]++;        }        // for(unordered_map<int,int>::iterator it=Mymap.begin();it!=Mymap.end();it++){        //     cout<<(*it).first<<":"<<(*it).second<<endl;        // }        // 使用小顶堆筛选出出现次数最多的k个        priority_queue<pair<int,int>,vector<pair<int,int>>,Mycompare> smallQueue;        // 遍历map,添加到优先队列中        for(unordered_map<int,int>::iterator it=Mymap.begin();it!=Mymap.end();it++){            smallQueue.push(*it);            if(smallQueue.size()>k){                smallQueue.pop();            }        }        // 获取最终的结果        while(!smallQueue.empty()){            result.push_back(smallQueue.top().first);            smallQueue.pop();        }        return result;    }};

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