数据结构:队列 || oj(l两个队列实现栈)

news2024/10/7 20:25:40

@[TOC](数据结构:队列 || oj(l两个队列实现栈))

一、队列的概念

1.什么是队列?
//先说一下,队列跟栈一样都是很重要的数据结构,重要的不是说这个数据结构怎么实现,重要的是结构的优势!
//栈:是先入先出,选的最好的是底层用数组,来实现,可以栈顶入,栈顶出,复杂度都是O(1),在就是CPU高速缓存,缓存线取数据(好像一般是64个字节),取数据效率高!,比链表好一点,用链表的话,单链表头做栈顶,用做压数据,和取数据都可以!
//队列:这种数据结构的要求是:先入先出,不能用数组来实现,原因是:如果把数组后面当尾巴,队尾入数据这个可以,队头出数据要挪动数据,时间复杂度是O(n),因此用链表来实现队列!

2.队列的概念
//队列:只允许在一段插入数据操作,在另一端删除数据操作的特殊线性表,队列具有先进先出FIFO(First In First Out)
// 入队列:进行插入操作的一端称为队尾
// 出队列:进行删除操作的一端称为队头
//队尾入,队头出

1

//队列也可以数组和链表的结构实现,使用链表的结构实现更优一些,因为如果使用数组的结构,出队列在数组头上出数据,效率会比较低。
1
//用链表实现队列,链表头用作队列头取数据,链表尾用作队列尾巴,插(放)数据!
//定义节点:
typedef int QDataType ;
typedef struct QListNode{
  int val;
  struct QListNode* next;
}QLNode;
//这样定义一个链表有个问题,头删当然可以,尾插呢?时间复杂度是O(n),那么可以定义一个头指针(head),一个尾指针(tail)来解决这个问题,还要考虑统计在队列中数据的个数,因此在定义一个int Size;那么把这些数据放在一个结构体中,就很好的解决了这个问题!因此:
typedef struct Queue{
  QLNode* head;
  QLNode* tail;
  int Size;
}Queue;
//这样这个栈就定义好了,这样定义的好处是:只要传Queue的地址,就可以改变head和tail和Size的值了,如果单独写,那么改变head的内容,则要QLNode** 来接受,可以规避这一点,还有就是头,尾都有标记,随便可以搞!

//下面来实现队列
//定义队列

//存储队列的数据

typedef int QDataType;

typedef struct QListNode {
	QDataType val;
	struct QListNode* next;
}QLNode;


//用结构体来存储队头,队尾,数据个数

typedef struct Queue {
	QLNode* head;
	QLNode* tail;
	int size;    //存储数据的个数
}Queue;

//实现的接口如下,虽然有些接口没用到,但是以后肯定用!
//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq,QDataType x);
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq);
//获取对头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取对尾数据
QDataType QueueBack(Queue * pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

//下面实现各个接口
//初始化

//初始化
void QueueInit(Queue* pq) {
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail= NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq) {
	assert(pq);
	QLNode* cur = pq->head;
	while (cur) {
		QLNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//队尾入数据,尾插法!
//分两种情况:初始化时:head=tail=NULL;
//1.那么head为空,则直接申请节点给就行!
//2.其它,正常尾插即可!

//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) {
	assert(pq);
	QLNode* newnode =(QLNode*)malloc(sizeof(QLNode));
	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	if (pq->head == NULL) {
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else {
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//队头删数据,头删
//考虑,因为头删的话,要存下一个节点,其实最坏情况下一个节点为NULL,也就是只有一个节点,那么head能置空,tail是一个问题,因此分开写!
//1.没有节点,直接断言assert;
//2.一个节点,直接释放,给head,tail置NULL;
//3.至少两个节点:删一个,下一个肯定不问NULL,直接正常情况删除!

//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq) {
	//头删
	assert(pq);
	//头指针为空,没有数据
	assert(pq->head);

	//一个节点
	//在单链表的头删中,可以直接写
	//在栈中特殊处理,因为一个节点的时候,要把tail置NULL
	if (pq->head->next == NULL) {
		free(pq->head);
		pq->head = NULL;
		pq->tail = NULL;
	}
	//其它
	else {
		QLNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;

}

//获取队头数据

//获取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->val;
}

//获取队尾数据

//获取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->val;
}

//判空

//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

//获取元素个数

//获取元素个数
int QueueSize(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size;
}

//下面为整个代码!
//Queue.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>
//存储队列的数据

typedef int QDataType;

typedef struct QListNode {
	QDataType val;
	struct QListNode* next;
}QLNode;


//用结构体来存储队头,队尾,数据个数

typedef struct Queue {
	QLNode* head;
	QLNode* tail;
	int size;    //存储数据的个数
}Queue;


//初始化
void QueueInit(Queue* pq);
//销毁
void QueueDestory(Queue* pq);
//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq);
//获取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq);
//获取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq);
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq);
//获取元素个数
int QueueSize(Queue* pq);

//Queue.c

#include "Queue.h"

//初始化
void QueueInit(Queue* pq) {
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail= NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq) {
	assert(pq);
	QLNode* cur = pq->head;
	while (cur) {
		QLNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) {
	assert(pq);
	QLNode* newnode =(QLNode*)malloc(sizeof(QLNode));
	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	if (pq->head == NULL) {
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else {
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq) {
	//头删
	assert(pq);
	//头指针为空,没有数据
	assert(pq->head);

	//一个节点
	//在单链表的头删中,可以直接写
	//在栈中特殊处理,因为一个节点的时候,要把tail置NULL
	if (pq->head->next == NULL) {
		free(pq->head);
		pq->head = NULL;
		pq->tail = NULL;
	}
	//其它
	else {
		QLNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;

}
//获取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->val;
}
//获取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->val;
}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}
//获取元素个数
int QueueSize(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size;
}

//Test.c

#include "Queue.h"

int main() {
	Queue q;
	QueueInit(&q);
	QueuePush(&q, 1);
	QueuePush(&q, 2);
	QueuePush(&q, 3);
	QueuePush(&q, 4);
	while (!QueueEmpty(&q)) {
		int front = QueueFront(&q);
		printf("%d ", front);
		QueuePop(&q);
	}
	return 0;
}

二、两个队列实现栈问题

1
//实现思路
//怎么入栈?
//怎么出栈?

1

//出栈:假设一个队列入 1 2 3 4,那么要求是出4,4在尾巴,怎么出,那么把1,2,3出队列,入一个空的队列,然后在出第一个队列的数据!
//入栈:如果队列不为空,则入数据

//下面实现整个接口

//创建栈

typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;

//动态申请创建栈

MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* tmp = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&tmp->q1);
    QueueInit(&tmp->q2);
    return tmp;
}

//入栈

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //队列不为空的入
    if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else{
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

//出栈

int myStackPop(MyStack* obj) {
    //先把不为空的队列的size-1个元素移到为空的队列
    //然后出队列
    Queue* NoEmptyQueue = &obj->q1;
    Queue* EmptyQueue = &obj->q2;
    if(QueueEmpty(&obj->q1)){
        NoEmptyQueue = &obj->q2;
        EmptyQueue = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(NoEmptyQueue)>1){
        int front = QueueFront(NoEmptyQueue);
        QueuePop(NoEmptyQueue);
        QueuePush(EmptyQueue,front);
    }
    int front = QueueFront(NoEmptyQueue);
    QueuePop(NoEmptyQueue);
    return front;
}

//获取栈顶数据
//这个体现接口的优势,在队列中实现了取队列尾的数据!
//直接调用

int myStackTop(MyStack* obj) {
     if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
         return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else{
       return  QueueBack(&obj->q2);
    }
}

//判空

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}

//释放资源

void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);
}

//下面是整体的代码

typedef int QDataType;

typedef struct QListNode {
	QDataType val;
	struct QListNode* next;
}QLNode;


//用结构体来存储队头,队尾,数据个数

typedef struct Queue {
	QLNode* head;
	QLNode* tail;
	int size;    //存储数据的个数
}Queue;

//初始化
void QueueInit(Queue* pq) {
	assert(pq);
	pq->head = pq->tail= NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁
void QueueDestory(Queue* pq) {
	assert(pq);
	QLNode* cur = pq->head;
	while (cur) {
		QLNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//队尾入数据
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x) {
	assert(pq);
	QLNode* newnode =(QLNode*)malloc(sizeof(QLNode));
	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	if (pq->head == NULL) {
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else {
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
//队头出数据
void QueuePop(Queue* pq) {
	//头删
	assert(pq);
	//头指针为空,没有数据
	assert(pq->head);
	//一个节点
	if (pq->head->next == NULL) {
		free(pq->head);
		pq->head = NULL;
		pq->tail = NULL;
	}
	//其它
	else {
		QLNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;
	}
	pq->size--;
}
//获取队头数据
QDataType QueueFront(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->head);
	return pq->head->val;
}
//获取队尾数据
QDataType QueueBack(Queue* pq) {
	assert(pq);
	assert(pq->tail);
	return pq->tail->val;
}
//判空
bool QueueEmpty(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}
//获取元素个数
int QueueSize(Queue* pq) {
	assert(pq);
	return pq->size;
}

typedef struct {
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* tmp = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    QueueInit(&tmp->q1);
    QueueInit(&tmp->q2);
    return tmp;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //队列不为空的入
    if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else{
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    //先把不为空的队列的size-1个元素移到为空的队列
    //然后出队列
    Queue* NoEmptyQueue = &obj->q1;
    Queue* EmptyQueue = &obj->q2;
    if(QueueEmpty(&obj->q1)){
        NoEmptyQueue = &obj->q2;
        EmptyQueue = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(NoEmptyQueue)>1){
        int front = QueueFront(NoEmptyQueue);
        QueuePop(NoEmptyQueue);
        QueuePush(EmptyQueue,front);
    }
    int front = QueueFront(NoEmptyQueue);
    QueuePop(NoEmptyQueue);
    return front;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
     if(!QueueEmpty(&obj->q1)){
         return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else{
       return  QueueBack(&obj->q2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
    QueueDestory(&obj->q1);
    QueueDestory(&obj->q2);
    free(obj);
}

/**
 * Your MyStack struct will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = myStackCreate();
 * myStackPush(obj, x);
 
 * int param_2 = myStackPop(obj);
 
 * int param_3 = myStackTop(obj);
 
 * bool param_4 = myStackEmpty(obj);
 
 * myStackFree(obj);
*/

完结!

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