栈(Stack)是一种基于先进后出(Last In, First Out,LIFO)原则的数据结构。栈具有两个主要的操作:
- 压栈(Push):将元素添加到栈的顶部。
- 出栈(Pop):从栈的顶部移除元素。
栈常常用于需要反转操作顺序的场景,或者在需要记录操作历史的情况下。在算法中,栈的应用广泛,以下是一些典型的栈算法:
-
括号匹配问题:使用栈来检查表达式中的括号是否匹配,例如检查
()
、[]
、{}
是否正确嵌套。 - 逆波兰表达式求值:通过栈来实现对逆波兰表达式的求值,其中操作数和操作符都存储在栈中。
- 函数调用栈:在编程语言中,函数调用时的执行过程通常使用函数调用栈(Call Stack)来管理。
- 深度优先搜索(DFS):在图或树的遍历过程中,使用栈来实现深度优先搜索。
- 迭代法求解二叉树的前序、中序、后序遍历:通过栈来模拟递归过程,实现二叉树的不同遍历方式。
- 表达式求值:将中缀表达式转换为后缀表达式,然后使用栈求解后缀表达式的值。
- 迷宫求解:通过栈来记录路径,实现对迷宫的求解过程。
栈的特性使其在某些问题场景中非常有效和方便。在算法设计和实现中,栈通常用于临时存储数据、回溯操作、深度优先搜索等。
01.删除字符串中的所有相邻重复项
题目链接:https://leetcode.cn/problems/remove-all-adjacent-duplicates-in-string/
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。
思路
这里使用栈的思想可以很好的解决这个问题,我们每插入一个字符前进行对比,如果栈顶存在该字符,则删除栈顶字符且不插入,否则插入字符,最后留在栈中的字符就是需要返回的,考虑到字符顺序的问题,我们可以直接用字符串来直接模拟栈。
代码文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-829600.html
class Solution {
public:
string removeDuplicates(string s) {
string ret;
for(int i=0;i<s.size();++i){
if(ret.size()&&s[i]==ret.back()) ret.pop_back();
else ret+=s[i];
}
return ret;
}
};
02.比较含退格的字符串
题目链接:https://leetcode.cn/problems/backspace-string-compare/
给定 s
和 t
两个字符串,当它们分别被输入到空白的文本编辑器后,如果两者相等,返回 true
。#
代表退格字符。
**注意:**如果对空文本输入退格字符,文本继续为空。
示例 1:
输入:s = "ab#c", t = "ad#c"
输出:true
解释:s 和 t 都会变成 "ac"。
示例 2:
输入:s = "ab##", t = "c#d#"
输出:true
解释:s 和 t 都会变成 ""。
示例 3:
输入:s = "a#c", t = "b"
输出:false
解释:s 会变成 "c",但 t 仍然是 "b"。
提示:
1 <= s.length, t.length <= 200
-
s
和t
只含有小写字母以及字符'#'
思路
同样我们使用栈的思想,分别使用两个空字符串来模拟栈,遇到#
字符就出栈,其他时候进栈,最后比较两个字符串即可。
代码
class Solution {
public:
bool backspaceCompare(string s, string t) {
string s1,s2;
for(int i=0;i<s.size();++i){
if(s[i]=='#')
{
if(s1.size())
s1.pop_back();
}
else s1+=s[i];
}
for(int i=0;i<t.size();++i){
if(t[i]=='#')
{
if(s2.size())
s2.pop_back();
}
else s2+=t[i];
}
return s1==s2;
}
};
03.基本计算器 II
题目链接:https://leetcode.cn/problems/basic-calculator-ii
给你一个字符串表达式 s
,请你实现一个基本计算器来计算并返回它的值。
整数除法仅保留整数部分。
你可以假设给定的表达式总是有效的。所有中间结果将在 [-231, 231 - 1]
的范围内。
**注意:**不允许使用任何将字符串作为数学表达式计算的内置函数,比如 eval()
。
示例 1:
输入:s = "3+2*2"
输出:7
示例 2:
输入:s = " 3/2 "
输出:1
示例 3:
输入:s = " 3+5 / 2 "
输出:5
提示:
1 <= s.length <= 3 * 105
-
s
由整数和算符('+', '-', '*', '/')
组成,中间由一些空格隔开 -
s
表示一个 有效表达式 - 表达式中的所有整数都是非负整数,且在范围
[0, 231 - 1]
内 - 题目数据保证答案是一个 32-bit 整数
思路
根据题目要求我们只需要考虑空格、数字和四个运算符这几种情况,我们可以使用一个数组来模拟栈插入每一个数,使用一个前缀字符来进行运算符的标记,初始设为加,当我们碰到加减都更新,碰到乘除就直接在栈顶计算,直至字符串结束,最后我们将栈中的数相加即可。
代码
class Solution {
public:
int calculate(string s) {
vector<int> st;
char op='+';
int n=s.size(),i=0,ret=0;
while(i<n){
if(s[i]==' ') i++;
else if(s[i]>='0'&&s[i]<='9'){
int tmp=0;
while(i<n&&s[i]>='0'&&s[i]<='9') tmp=tmp*10+(s[i++]-'0');
if(op=='+') st.push_back(tmp);
else if(op=='-') st.push_back(-tmp);
else if(op=='*') st.back() *=tmp;
else if(op=='/') st.back() /=tmp;
}else op=s[i++];
}
for(int& i:st) ret+=i;
return ret;
}
};
04.字符串解码
题目链接:https://leetcode.cn/problems/decode-string/
给定一个经过编码的字符串,返回它解码后的字符串。
编码规则为: k[encoded_string]
,表示其中方括号内部的 encoded_string
正好重复 k
次。注意 k
保证为正整数。
你可以认为输入字符串总是有效的;输入字符串中没有额外的空格,且输入的方括号总是符合格式要求的。
此外,你可以认为原始数据不包含数字,所有的数字只表示重复的次数 k
,例如不会出现像 3a
或 2[4]
的输入。
示例 1:
输入:s = "3[a]2[bc]"
输出:"aaabcbc"
示例 2:
输入:s = "3[a2[c]]"
输出:"accaccacc"
示例 3:
输入:s = "2[abc]3[cd]ef"
输出:"abcabccdcdcdef"
示例 4:
输入:s = "abc3[cd]xyz"
输出:"abccdcdcdxyz"
提示:
1 <= s.length <= 30
-
s
由小写英文字母、数字和方括号'[]'
组成 -
s
保证是一个 有效 的输入。 -
s
中所有整数的取值范围为[1, 300]
思路
这里我们要使用栈来解决问题,我们需要模拟每一种情况的发生,以及细节的处理,我们建立一个重复数的栈和一个字符串的栈,遇到数字,放入数字栈中,遇到左括号,把后面的字符串提取出来,放入字符串栈中,遇到了右括号,解析然后放到字符串栈顶字符串之后,遇到单独字符放到字符串栈顶字符串之后,最后栈顶的字符串即为我们需要的字符串。
代码
class Solution {
public:
string decodeString(string s) {
// 使用两个栈,一个用于存储字符串,另一个用于存储数字
stack<string> st;
stack<int> nums;
// 初始化栈,将一个空字符串入栈,用于存储当前解码的结果
st.push("");
int i = 0, n = s.size();
// 遍历输入字符串
while (i < n) {
// 如果当前字符是数字,解析数字并入数字栈
if (s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
int tmp = 0;
while (s[i] >= '0' && s[i] <= '9') tmp = tmp * 10 + (s[i++] - '0');
nums.push(tmp);
}
// 如果当前字符是'[',入栈一个空字符串,用于存储当前括号内的解码结果
else if (s[i] == '[') {
i++;
string tmp;
while (s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z') tmp += s[i++];
st.push(tmp);
}
// 如果当前字符是']',将栈顶字符串重复相应次数后,与前一个栈顶字符串拼接
else if (s[i] == ']') {
string tmp = st.top();
st.pop();
int k = nums.top();
nums.pop();
while (k--) st.top() += tmp;
i++;
}
// 如果当前字符是字母,将字母拼接到栈顶字符串
else {
string tmp;
while (i < n && s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z') tmp += s[i++];
st.top() += tmp;
}
}
// 最终栈中存储的即为解码结果
return st.top();
}
};
05.验证栈序列
题目链接:https://leetcode.cn/problems/validate-stack-sequences/
给定 pushed
和 popped
两个序列,每个序列中的 值都不重复,只有当它们可能是在最初空栈上进行的推入 push 和弹出 pop 操作序列的结果时,返回 true
;否则,返回 false
。
示例 1:
输入:pushed = [1,2,3,4,5], popped = [4,5,3,2,1]
输出:true
解释:我们可以按以下顺序执行:
push(1), push(2), push(3), push(4), pop() -> 4,
push(5), pop() -> 5, pop() -> 3, pop() -> 2, pop() -> 1
示例 2:
输入:pushed = [1,2,3,4,5], popped = [4,3,5,1,2]
输出:false
解释:1 不能在 2 之前弹出。
提示:
1 <= pushed.length <= 1000
0 <= pushed[i] <= 1000
-
pushed
的所有元素 互不相同 popped.length == pushed.length
-
popped
是pushed
的一个排列
思路
这里我们可以直接用一个栈来模拟这个过程,当栈为空则说明相匹配,否则就说明不匹配文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-829600.html
代码
class Solution {
public:
bool validateStackSequences(vector<int>& pushed, vector<int>& popped) {
stack<int> st;
int i=0,n=popped.size();
for(int& x:pushed){
st.push(x);
while(!st.empty()&&st.top()==popped[i]){
st.pop();
i++;
}
}
return st.empty();
}
};
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