第一课数组、链表、栈、队列

- acwing136 邻值查找---中等
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- lc20.有效的括号--简单
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- lc25.K 个一组翻转链表--困难
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- lc26.删除有序数组中的重复项--简单
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- lc88.合并两个有序数组--简单
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- lc141.环形链表--简单
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- lc142.环形链表II--中等
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- lc150.逆波兰表达式求值--中等
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- 155.最小栈--中等
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- lc206.翻转链表--简单
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- lc227.基本计算器II--中等
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- lc224.基本计算器--困难
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- lc283.移动零--简单
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- lc641.设计循环双端队列--中等
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acwing136 邻值查找—中等

题目描述

代码展示

// 邻值查找
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>

#define ios                               \
    ios::sync_with_stdio(false); \
    cin.tie(nullptr);                     \
    cout.tie(nullptr)

using namespace std;

const int N = 1e5 + 10;

typedef long long LL;
typedef pair<LL, int> PII;

int n;
int p[N], l[N], r[N];
PII a[N], ans[N];

int main() {
    ios;
    cin >> n;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cin >> a[i].first;
        a[i].second = i;
    }

    sort(a + 1, a + 1 + n);

    a[0].first = -3e9 - 1, a[n + 1].first = 3e9 + 1;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        l[i] = i - 1, r[i] = i + 1;
        p[a[i].second] = i; //每个点在双链表中的位置
    }

    for (int i = n; i >= 2; i--) {
        // 找到当前元素在双链表中的位置
        int j = p[i], left = l[j], right = r[j];
        LL lv = abs(a[j].first - a[left].first), rv = abs(a[j].first - a[right].first);
        if (lv <= rv) {
            ans[i] = {lv, a[left].second};
        } else {
            ans[i] = {rv, a[right].second};
        }
        l[right] = left, r[left] = right;
    }
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        cout << ans[i].first << " " << ans[i].second << endl;
    }
    return 0;
}

lc20.有效的括号–简单

题目描述

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

代码展示

C++：

class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
        std::stack<char> st;
        for (char ch : s) {
            if (ch == '(') st.push(')');
            else if (ch == '[') st.push(']');
            else if (ch == '{') st.push('}');
            else if (!st.empty() && ch == st.top()) st.pop();
            else return false;
        }
        return st.empty();
    }
};

python：

class Solution:
    def isValid(self, s: str) -> bool:
        stack = list([])
        for ch in s:
            if ch == '(' or ch == '[' or ch == '{':
                stack.append(ch)
            else:
                if len(stack) == 0:
                    return False
                if ch == ')':
                    if stack[len(stack) - 1] != '(':
                        return False
                elif ch == ']':
                    if stack[len(stack) - 1] != '[':
                        return False
                else:
                    if stack[len(stack) - 1] != '{':
                        return False
                stack.pop()
        return len(stack) == 0

lc25.K 个一组翻转链表–困难

题目描述

给你链表的头节点 head ，每 k 个节点一组进行翻转，请你返回修改后的链表。

k 是一个正整数，它的值小于或等于链表的长度。如果节点总数不是 k 的整数倍，那么请将最后剩余的节点保持原有顺序。

你不能只是单纯的改变节点内部的值，而是需要实际进行节点交换。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 2
输出：[2,1,4,3,5]

示例 2：

输入：head = [1,2,3,4,5], k = 3
输出：[3,2,1,4,5]

提示：

链表中的节点数目为 n
1 <= k <= n <= 5000
0 <= Node.val <= 1000

代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseKGroup(ListNode head, int k) {
        ListNode protect = new ListNode(0, head);
        // 分组（找到每一组的开始、结尾），按组遍历
        // last = 上一组结尾
        ListNode last = protect;
        while (head != null) {
            ListNode end = getEnd(head, k);
            if (end == null) {
                break;
            }

            ListNode nextGroupHead = end.next;
            // 处理head到end之间的k-1条边的反转
            reverseList(head, end);
            // 上一组跟本组的新开始（旧end）建立联系
            last.next = end;
            // 本组的新结尾（head）跟下一组建立联系
            head.next = nextGroupHead;

            // 分组遍历
            last = head;
            head = nextGroupHead;
        }
        return protect.next;
    }

    private ListNode getEnd(ListNode head, int k) {
        while (head != null) {
            k--;
            if (k == 0) break;
            head = head.next;
        }
        return head;
    }

    // head到end之间反过来
    private void reverseList(ListNode head, ListNode end) {
        if (head == end) return;
        ListNode last = head;
        head = head.next;
        // 改每条边，所以需要访问链表
        while (head != end) {
            ListNode nextHead = head.next;
            // 改一条边
            head.next = last;
            // last,head向后移动一位
            last = head;
            head = nextHead;
        }
        end.next = last;
    }
}

lc26.删除有序数组中的重复项–简单

题目描述

给你一个 非严格递增排列 的数组 nums ，请你** 原地** 删除重复出现的元素，使每个元素 只出现一次 ，返回删除后数组的新长度。元素的 相对顺序 应该保持一致。然后返回 nums 中唯一元素的个数。

考虑 nums 的唯一元素的数量为 k ，你需要做以下事情确保你的题解可以被通过：

更改数组 nums ，使 nums 的前 k 个元素包含唯一元素，并按照它们最初在 nums 中出现的顺序排列。nums 的其余元素与 nums 的大小不重要。
返回 k 。

判题标准:

系统会用下面的代码来测试你的题解:

int[] nums = [...]; // 输入数组
int[] expectedNums = [...]; // 长度正确的期望答案

int k = removeDuplicates(nums); // 调用

assert k == expectedNums.length;
for (int i = 0; i < k; i++) {
    assert nums[i] == expectedNums[i];
}

如果所有断言都通过，那么您的题解将被通过。

示例 1：

输入：nums = [1,1,2]
输出：2, nums = [1,2,_]
解释：函数应该返回新的长度 2 ，并且原数组 nums 的前两个元素被修改为 1, 2 。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。

示例 2：

输入：nums = [0,0,1,1,1,2,2,3,3,4]
输出：5, nums = [0,1,2,3,4]
解释：函数应该返回新的长度 5 ， 并且原数组 nums 的前五个元素被修改为 0, 1, 2, 3, 4 。不需要考虑数组中超出新长度后面的元素。

提示：

1 <= nums.length <= 3 * 104
-104 <= nums[i] <= 104
nums 已按 非严格递增 排列

代码展示

class Solution {
public:
    int removeDuplicates(vector<int>& nums) {
        int n = 0;
        // 主题思路：保留与上一个不一样的
        // 细节判断：i-1不能越界，第0个肯定要
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            if (i == 0 || nums[i] != nums[i - 1]) {
                nums[n] = nums[i];
                n++;
            }
        }
        return n;
    }
};

lc88.合并两个有序数组–简单

题目描述

给你两个按 非递减顺序 排列的整数数组 nums1 和 nums2，另有两个整数 m 和 n ，分别表示 nums1 和 nums2 中的元素数目。

请你合并 nums2 到 nums1 中，使合并后的数组同样按 非递减顺序 排列。

**注意：**最终，合并后数组不应由函数返回，而是存储在数组 nums1 中。为了应对这种情况，nums1 的初始长度为 m + n，其中前 m 个元素表示应合并的元素，后 n 个元素为 0 ，应忽略。nums2 的长度为 n 。

示例 1：

输入：nums1 = [1,2,3,0,0,0], m = 3, nums2 = [2,5,6], n = 3
输出：[1,2,2,3,5,6]
解释：需要合并 [1,2,3] 和 [2,5,6] 。
合并结果是 [1,2,2,3,5,6] ，其中斜体加粗标注的为 nums1 中的元素。

示例 2：

输入：nums1 = [1], m = 1, nums2 = [], n = 0
输出：[1]
解释：需要合并 [1] 和 [] 。
合并结果是 [1] 。

示例 3：

输入：nums1 = [0], m = 0, nums2 = [1], n = 1
输出：[1]
解释：需要合并的数组是 [] 和 [1] 。
合并结果是 [1] 。
注意，因为 m = 0 ，所以 nums1 中没有元素。nums1 中仅存的 0 仅仅是为了确保合并结果可以顺利存放到 nums1 中。

提示：

nums1.length == m + n
nums2.length == n
0 <= m, n <= 200
1 <= m + n <= 200
-109 <= nums1[i], nums2[j] <= 109

代码展示

class Solution {
public:
    void merge(vector<int>& nums1, int m, vector<int>& nums2, int n) {
        int i = m - 1, j = n - 1;
        // 主题思路：ij两个指针倒着扫描，谁大要谁
        // 细节判断：i,j不能越界（一个<0，就要另一个）
        for (int k = m + n - 1; k >= 0; k--) {
            if (j < 0 || (i >= 0 && nums1[i] >= nums2[j])) {
                nums1[k] = nums1[i];
                i--;
            } else {
                nums1[k] = nums2[j];
                j--;
            }
        }
    }
};

lc141.环形链表–简单

题目描述

给你一个链表的头节点 head ，判断链表中是否有环。

如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。注意：pos 不作为参数进行传递 。仅仅是为了标识链表的实际情况。

如果链表中存在环 ，则返回 true 。否则，返回 false 。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：true
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：false
解释：链表中没有环。

提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 104]
-105 <= Node.val <= 105
pos 为 -1 或者链表中的一个 有效索引 。

代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    bool hasCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head;
        while (fast != nullptr && fast->next != nullptr) {
            fast = fast->next->next;
            head = head->next;
            if (fast == head) return true;
        }
        return false;
    }
};

lc142.环形链表II–中等

题目描述

给定一个链表的头节点 head ，返回链表开始入环的第一个节点。 如果链表无环，则返回 null。

如果链表中有某个节点，可以通过连续跟踪 next 指针再次到达，则链表中存在环。为了表示给定链表中的环，评测系统内部使用整数 pos 来表示链表尾连接到链表中的位置（索引从 0 开始）。如果 pos 是 -1，则在该链表中没有环。注意：pos 不作为参数进行传递，仅仅是为了标识链表的实际情况。

不允许修改 链表。

示例 1：

输入：head = [3,2,0,-4], pos = 1
输出：返回索引为 1 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第二个节点。

示例 2：

输入：head = [1,2], pos = 0
输出：返回索引为 0 的链表节点
解释：链表中有一个环，其尾部连接到第一个节点。

示例 3：

输入：head = [1], pos = -1
输出：返回 null
解释：链表中没有环。

提示：

链表中节点的数目范围在范围 [0, 104] 内
-105 <= Node.val <= 105
pos 的值为 -1 或者链表中的一个有效索引

代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        ListNode* fast = head;
        ListNode* slow = head;
        while (fast != nullptr && fast->next != nullptr) {
            fast = fast->next->next;
            slow = slow->next;
            if (fast == slow) {
                while (head != slow) {
                    head = head->next;
                    slow = slow->next;
                }
                return head;
            }
        }
        return nullptr;        
    }
};

lc150.逆波兰表达式求值–中等

题目描述

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

提示：

1 <= tokens.length <= 104
tokens[i] 是一个算符（"+"、"-"、"*" 或 "/"），或是在范围 [-200, 200] 内的一个整数

逆波兰表达式：

逆波兰表达式是一种后缀表达式，所谓后缀就是指算符写在后面。

平常使用的算式则是一种中缀表达式，如 ( 1 + 2 ) * ( 3 + 4 ) 。
该算式的逆波兰表达式写法为 ( ( 1 2 + ) ( 3 4 + ) * ) 。

逆波兰表达式主要有以下两个优点：

去掉括号后表达式无歧义，上式即便写成 1 2 + 3 4 + * 也可以依据次序计算出正确结果。
适合用栈操作运算：遇到数字则入栈；遇到算符则取出栈顶两个数字进行计算，并将结果压入栈中

代码展示

class Solution {
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        stack<long long> s;
        for (string& token : tokens) {
            // 是运算符，取出栈顶两个操作数，运算结果入栈
            if (token == "+" || token == "-" || token == "*" || token == "/") {
                long long b = s.top();
                s.pop();
                long long a = s.top();
                s.pop();
                s.push(calc(a, b, token)); 
            } else {
                // 操作数入栈
                s.push(stoi(token));
            }
        }
        return s.top();
    }

    long long calc(long long a, long long b, string op) {
        if (op == "+") return a + b;
        if (op == "-") return a - b;
        if (op == "*") return a * b;
        if (op == "/") return a / b;
        return 0;
    }
};

155.最小栈–中等

题目描述

设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

实现 MinStack 类:

MinStack() 初始化堆栈对象。
void push(int val) 将元素val推入堆栈。
void pop() 删除堆栈顶部的元素。
int top() 获取堆栈顶部的元素。
int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

示例 1:

输入：
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]

输出：
[null,null,null,null,-3,null,0,-2]

解释：
MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.getMin();   --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 0.
minStack.getMin();   --> 返回 -2.

提示：

-231 <= val <= 231 - 1
pop、top 和 getMin 操作总是在 非空栈 上调用
push, pop, top, and getMin最多被调用 3 * 104 次

代码展示

class MinStack {
    stack<int> x_stack;
    stack<int> min_stack;
public:
    MinStack() {
        min_stack.push(INT_MAX);
    }
    
    void push(int x) {
        x_stack.push(x);
        min_stack.push(min(min_stack.top(), x));
    }
    
    void pop() {
        x_stack.pop();
        min_stack.pop();
    }
    
    int top() {
        return x_stack.top();
    }
    
    int getMin() {
        return min_stack.top();
    }
};

lc206.翻转链表–简单

题目描述

给你单链表的头节点 head ，请你反转链表，并返回反转后的链表。

示例 1：

输入：head = [1,2,3,4,5]
输出：[5,4,3,2,1]

示例 2：

输入：head = [1,2]
输出：[2,1]

示例 3：

输入：head = []
输出：[]

提示：

链表中节点的数目范围是 [0, 5000]
-5000 <= Node.val <= 5000

代码展示

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */
class Solution {
    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        ListNode last = null;
        // 要改每条边，所以需要访问链表
        while (head != null) {
            ListNode nextHead = head.next;
            // 改一条边
            head.next = last;
            // last, head向后移动一位
            last = head;
            head = nextHead;
        }
        return last;
    }
}

lc227.基本计算器II–中等

题目描述

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

代码展示

class Solution {
public:
    int calculate(string s) {
        vector<int> stk;
        char preSign = '+';
        int num = 0;
        int n = s.length();
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            if (isdigit(s[i])) {
                num = num * 10 + int(s[i] - '0');
            }
            if (!isdigit(s[i]) && s[i] != ' ' || i == n - 1) {
                switch (preSign) {
                    case '+':
                        stk.push_back(num);
                        break;
                    case '-':
                        stk.push_back(-num);
                        break;
                    case '*':
                        stk.back() *= num;
                        break;
                    default:
                        stk.back() /= num;
                }
                preSign = s[i];
                num = 0;
            }
        }
        return accumulate(stk.begin(), stk.end(), 0);
    }
};

lc224.基本计算器–困难

题目描述

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。

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 = "1 + 1"
输出：2

示例 2：

输入：s = " 2-1 + 2 "
输出：3

示例 3：

输入：s = "(1+(4+5+2)-3)+(6+8)"
输出：23

提示：

1 <= s.length <= 3 * 105
s 由数字、'+'、'-'、'('、')'、和 ' ' 组成
s 表示一个有效的表达式
‘+’ 不能用作一元运算(例如， “+1” 和 "+(2 + 3)" 无效)
‘-’ 可以用作一元运算(即 “-1” 和 "-(2 + 3)" 是有效的)
输入中不存在两个连续的操作符
每个数字和运行的计算将适合于一个有符号的 32位整数

代码展示

class Solution {
public:
    int calculate(string s) {
        stack<char> ops;
        vector<string> tokens;
        long long val = 0;
        bool num_started = false; // 是否正在parse一个数值，数值后面遇到第一个符号时，要把parse好的数存起来
        bool needs_zero = true; // 是否需要补0，例如 "-48 + +48"，要补成"0-48 + 0+48"
        // leetcode这题不太严谨，官方 "1- -1"的答案是0，即"1-0-1"，而不是1减去负1得2，大家不要在意细节，无脑补0就行了
        for (char ch : s) {
            // Parse一个数值
            if (ch >= '0' && ch <= '9') {
                val = val * 10 + ch - '0';
                num_started = true;
                continue;
            } else if (num_started) { // 数值后面第一次遇到符号
                tokens.push_back(to_string(val));
                num_started = false;
                needs_zero = false; // 加减号跟在数值后面，不需要补0，例如"10-1"
                val = 0;
            }

            if (ch == ' ') continue;
            // 处理运算符
            if (ch == '(') {
                ops.push(ch);
                needs_zero = true; // 加减号跟在左括号后面，需要补零，例如"(-2)*3"变为"(0-2)*3"
                continue;
            }
            if (ch == ')') {
                while (ops.top() != '(') { // 两个括号之间的都可以计算了
                    // push back 包含一个符号的字符串
                    tokens.push_back(string(1, ops.top()));
                    ops.pop();
                }
                ops.pop();
                needs_zero = false; // 加减号跟在右括号后面，不需要补0，例如"3*(1-2)+3"
                continue;
            }
            // 处理+-*/
            if (needs_zero) tokens.push_back("0"); // 补0
            while (!ops.empty() && getRank(ops.top()) >= getRank(ch)) {
                // 前面的符号优先级更高，就可以计算了，例如1*2+3，遇到+时，*就可以算了
                tokens.push_back(string(1, ops.top()));
                ops.pop();
            }
            ops.push(ch);
            needs_zero = true; // +-后面跟着+-号，需要补0，例如"3 + -1"，变为"3 + 0-1"
        }
        if (num_started) tokens.push_back(to_string(val));
        while (!ops.empty()) { // 最后剩余的符号都要取出来
            tokens.push_back(string(1, ops.top()));
            ops.pop();
        }
        return evalRPN(tokens);
    }

    int getRank(char ch) {
        if (ch == '+' || ch == '-') return 1;
        if (ch == '*' || ch == '/') return 2;
        return 0;
    }

    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        stack<long long> s;
        for (string& token : tokens) {
            // is number
            if (token == "+" || token == "-" || token == "*" || token == "/") {
                long long b = s.top();
                s.pop();
                long long a = s.top();
                s.pop();
                s.push(calc(a, b, token)); 
            } else {
                s.push(stoi(token));
            }
        }
        return s.top();
    }

    long long calc(long long a, long long b, string op) {
        if (op == "+") return a + b;
        if (op == "-") return a - b;
        if (op == "*") return a * b;
        if (op == "/") return a / b;
        return 0;
    }
};

lc283.移动零–简单

题目描述

给定一个数组 nums，编写一个函数将所有 0 移动到数组的末尾，同时保持非零元素的相对顺序。

请注意 ，必须在不复制数组的情况下原地对数组进行操作。

示例 1:

输入: nums = [0,1,0,3,12]
输出: [1,3,12,0,0]

示例 2:

输入: nums = [0]
输出: [0]

提示:

1 <= nums.length <= 104
-231 <= nums[i] <= 231 - 1

代码展示

class Solution {
public:
    void moveZeroes(vector<int>& nums) {
        int n = 0;
        // 主题思路：保留非零值
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            if (nums[i] != 0) {
                nums[n] = nums[i];
                n++;
            }
        }
        // 按题目要求，最后面填充零
        while (n < nums.size()) {
            nums[n] = 0;
            n++;
        }
    }
};

lc641.设计循环双端队列–中等

题目描述

设计实现双端队列。

实现 MyCircularDeque 类:

MyCircularDeque(int k) ：构造函数,双端队列最大为 k 。
boolean insertFront()：将一个元素添加到双端队列头部。如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。
boolean insertLast() ：将一个元素添加到双端队列尾部。如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。
boolean deleteFront() ：从双端队列头部删除一个元素。如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。
boolean deleteLast() ：从双端队列尾部删除一个元素。如果操作成功返回 true ，否则返回 false 。
int getFront() )：从双端队列头部获得一个元素。如果双端队列为空，返回 -1 。
int getRear() ：获得双端队列的最后一个元素。如果双端队列为空，返回 -1 。
boolean isEmpty() ：若双端队列为空，则返回 true ，否则返回 false 。
boolean isFull() ：若双端队列满了，则返回 true ，否则返回 false 。

示例 1：

输入
["MyCircularDeque", "insertLast", "insertLast", "insertFront", "insertFront", "getRear", "isFull", "deleteLast", "insertFront", "getFront"]
[[3], [1], [2], [3], [4], [], [], [], [4], []]
输出
[null, true, true, true, false, 2, true, true, true, 4]

解释
MyCircularDeque circularDeque = new MycircularDeque(3); // 设置容量大小为3
circularDeque.insertLast(1);			        // 返回 true
circularDeque.insertLast(2);			        // 返回 true
circularDeque.insertFront(3);			        // 返回 true
circularDeque.insertFront(4);			        // 已经满了，返回 false
circularDeque.getRear();  				// 返回 2
circularDeque.isFull();				        // 返回 true
circularDeque.deleteLast();			        // 返回 true
circularDeque.insertFront(4);			        // 返回 true
circularDeque.getFront();				// 返回 4

提示：

1 <= k <= 1000
0 <= value <= 1000
insertFront, insertLast, deleteFront, deleteLast, getFront, getRear, isEmpty, isFull 调用次数不大于 2000 次

代码展示

public class MyCircularDeque {

    // 1、不用设计成动态数组，使用静态数组即可
    // 2、设计 head 和 tail 指针变量
    // 3、head == tail 成立的时候表示队列为空
    // 4、tail + 1 == head

    private int capacity;
    private int[] arr;
    private int front;
    private int rear;

    /**
     * Initialize your data structure here. Set the size of the deque to be k.
     */
    public MyCircularDeque(int k) {
        capacity = k + 1;
        arr = new int[capacity];

        // 头部指向第 1 个存放元素的位置
        // 插入时，先减，再赋值
        // 删除时，索引 +1（注意取模）
        front = 0;
        // 尾部指向下一个插入元素的位置
        // 插入时，先赋值，再加
        // 删除时，索引 -1（注意取模）
        rear = 0;
    }

    /**
     * Adds an item at the front of Deque. Return true if the operation is successful.
     */
    public boolean insertFront(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        front = (front - 1 + capacity) % capacity;
        arr[front] = value;
        return true;
    }

    /**
     * Adds an item at the rear of Deque. Return true if the operation is successful.
     */
    public boolean insertLast(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        arr[rear] = value;
        rear = (rear + 1) % capacity;
        return true;
    }

    /**
     * Deletes an item from the front of Deque. Return true if the operation is successful.
     */
    public boolean deleteFront() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        // front 被设计在数组的开头，所以是 +1
        front = (front + 1) % capacity;
        return true;
    }

    /**
     * Deletes an item from the rear of Deque. Return true if the operation is successful.
     */
    public boolean deleteLast() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        // rear 被设计在数组的末尾，所以是 -1
        rear = (rear - 1 + capacity) % capacity;
        return true;
    }

    /**
     * Get the front item from the deque.
     */
    public int getFront() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return arr[front];
    }

    /**
     * Get the last item from the deque.
     */
    public int getRear() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        // 当 rear 为 0 时防止数组越界
        return arr[(rear - 1 + capacity) % capacity];
    }

    /**
     * Checks whether the circular deque is empty or not.
     */
    public boolean isEmpty() {
        return front == rear;
    }

    /**
     * Checks whether the circular deque is full or not.
     */
    public boolean isFull() {
        // 注意：这个设计是非常经典的做法
        return (rear + 1) % capacity == front;
    }
}