C++数据结构与算法——栈与队列-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++数据结构与算法——栈与队列。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

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！

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();
 */

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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();
 */

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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();
    }

};

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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;
    }
};

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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;
    }
};

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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;
    }
};

C++数据结构与算法——栈与队列,算法与数据结构系统学习,C++学习,c++,java,开发语言

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;
    }
};