栈与队列OJ题【括号适配问题】【用队列实现栈】【用栈实现队列】【设计循环队列】

news2024/10/6 12:22:18

 一.有效的括号

​​​OJ链接

 这一道题我们就可以用栈来解决：

不了解栈的可以看我的上一篇博客。

typedef char STDataType;
//用数组来实现栈
typedef struct stack
{
	STDataType* a;
	int capacity;
	int top;
}ST;
void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = NULL;
    pst->capacity = 0;
	//在后面往栈里面放元素的时候，最后的top是在栈顶的下一个位置
	pst->top = 0;
	//如果是-1，那么代表的就是下标
	//pst->top = -1;
}
void STDestory(ST* pst)
{
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = pst->top = 0;
}
//入栈
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == pst->capacity)//如果top的数值刚好等于栈的总容量，那么栈就是满了,包含为0的情况。
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);//用realloc改变我们申请动态存储空间的大小
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("STPush::relloc");
			return;
		}
		pst->a = tmp;//成功改变了空间，就赋值给栈里的a。
	
		pst->capacity = newcapacity;//总体的容量也随之变化。

	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;//因为我们的top的栈顶的位置，所以在每一次赋值完毕后就递增。
}

//出栈
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);
	pst->top--;
}

//读取栈顶元素
STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);
	return pst->a[pst->top-1];
}

//判空
bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top == 0;
}
//获取数据个数
int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}
bool isValid(char* s) 
{
    ST p;
    STInit(&p);//初始化栈
    int sz=strlen(s);//求出栈里的总元素
    for(int i=0;i<sz;i++)
    {
        if(s[i]=='('||s[i]=='['||s[i]=='{')
        {
            STPush(&p,s[i]);//如果与三种左括号匹配上了，就入栈
        }
        else//否则就是右括号的情况
        {
            if(STEmpty(&p))//这里有一个判空，目的就是我们的栈里必须要有左括号，不然我们已经进入else了，这里就只有可能是右括号，而这个右括号就不可能与左括号匹配上了
            {
                STDestory(&p);//如果进入了这个if语句，就说明不可能匹配上了
                return false;
            }
            char top=STTop(&p);//取出都是左括号栈里的头栈元素
            STPop(&p);
            if((top=='('&&s[i]!=')')
            ||(top=='['&&s[i]!=']')
            ||(top=='{'&&s[i]!='}'))
            {
                STDestory(&p);//这个if语句就是，虽然栈里有左括号，同时也匹配到了右括号，但是括号直接不匹配的问题
                return false;
            }
        }
    }
    bool ret=STEmpty(&p);//如果栈为空了，就是说所以的括号都匹配上了
    STDestory(&p);
    return ret;
}

这个题主要需要注意的地方就是我们入栈入的都是左括号，右括号就单独的一个一个的与栈里的左括号相匹配。总的来说不算难，就是让我们了解一下栈的应用。

二.用队列实现栈

OJ链接

 简单的说呢，就是我们使用队列的先进先出的特点来完成栈的先进后出的特点。对于队列不熟悉的朋友，也可以看我们上一篇博客。

//先来完成队列的实现
typedef int QDataType;
typedef struct QNode//我们用链表来实现队列
{
	QDataType val;
	struct QNode* next;
}QNode;
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;
}Queue;
//队列初始化
void QInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//队列的销毁
void QDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* pcur = pq->phead;
	while (pcur)//遍历整个链表
	{
		QNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
//入队
void QPush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("newnode");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	if (pq->size == 0)//链表没有节点
	{
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = pq->ptail->next;
	}
	pq->size++;//用size记录链表节点的个数，也就是队列里元素的个数
}
//出队列
void QPop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);//出队列之前队列里一定要有元素

	if (pq->phead == pq->ptail)//一个节点
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		QNode* pcur = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = pcur;
	}
	pq->size--;//出一个，减一个
}
//取队头元素
QDataType QTop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->phead);
	return pq->phead->val;
}
//取队尾元素
QDataType QBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(pq->ptail);
	return pq->ptail->val;
}
//求队列里元素个数
int QSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
//判空
bool QEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size == 0;
}

//开始写题
typedef struct {
	Queue q1;
	Queue q2;
} MyStack;//创建两个队列

//初始化栈
MyStack* myStackCreate()
{
	MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
	QInit(&(pst->q1));
	QInit(&(pst->q2));//因为pst->q是队列，所以调用上面写的初始化队列的函数
	return pst;
}
//入栈
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
	if (!QEmpty(&(obj->q1)))//这里的入队列，我们入的队列是为空的那一个
	{
		QPush(&(obj->q1), x);
	}
	else
	{
		QPush(&(obj->q2), x);
	}
}
//出栈
int myStackPop(MyStack* obj)
{
    //假设法，创建两个新的队列，一个为空队列，一个不为空
	Queue* empty = &(obj->q1);
	Queue* noempty = &(obj->q2);

	if (!QEmpty(&(obj->q1)))
	{
		empty = &(obj->q2);
		noempty = &(obj->q1);
	}
    //假设法完成后我们就只需要对empty和noempty进行改变
	while (QSize(noempty) > 1)//这里的循环和大于1的意思是，我们要把非空的队列入到为空的队列里，但是要剩余一个元素。
	{
		QPush(empty, QTop(noempty));
		QPop(noempty);
	}
	int top = QTop(noempty);//上面我们剩余的那个元素就是作为栈先进后出的那个元素（后面再单独解释一下）
	QPop(noempty);
	return top;
}
//提取栈顶元素
int myStackTop(MyStack* obj) {
	if (!QEmpty(&(obj->q1)))
	{
		return QBack(&(obj->q1));//队尾实际上就是栈顶
	}
	else
	{
		return QBack(&(obj->q2));
	}
}
//判空
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
	return QEmpty(&(obj->q1)) && QEmpty(&(obj->q2));
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
	QDestroy(&(obj->q1));
	QDestroy(&(obj->q2));

	free(obj);
}

不能理解的可以看一下图：

相对于队列来说，如果要实现先进后出的特点，就要不断的往空队列移动元素，且移动的时候一定要保留一个，这个保留的元素相对于栈来说，就是我们要出栈的第一个元素。 

三.用栈实现队列

OJ链接

同样的，解决这道题，依然要先实现一下栈。

typedef int SLTDataType;
typedef struct Stack
{
	SLTDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = 0;
	//top的位置在栈顶的后面的一个位置
	pst->top = 0;
}
void STDestory(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->capacity = pst->top = 0;
}
void STPush(ST* pst, SLTDataType x)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : 2 * pst->capacity;
		SLTDataType* tmp = (SLTDataType*)realloc(pst->a, newcapacity * sizeof(SLTDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("STPush::realloc");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);
	pst->top--;
}
SLTDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(pst->top > 0);
	return pst->a[pst->top - 1];
}
bool STEmpty(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top == 0;
}

//正式开始实现队列
typedef struct {
    ST pushst;
    ST popst;
} MyQueue;

//初始化队列
MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));

    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
    return obj;
}
//入队
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    STPush(&obj->pushst,x);//把需要入队的元素全部放在pushst里
}
//出队+删除
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    int front=myQueuePeek(obj);//调用下面的Peek函数，取出要出队的元素
    STPop(&obj->popst);然后删除
    return front;
}
//出队
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if(STEmpty(&obj->popst))//判断要popst是否为空
    {
        while(!STEmpty(&obj->pushst))//popst为空了并且pushst里面有元素
        {
            int top=STTop(&obj->pushst);//提取pushst里的元素
            STPush(&obj->popst,top);//放到popst里面
            STPop(&obj->pushst);//删除刚刚出去的pushst里的栈顶元素
        }
    }
    //这里的if语句和while语句的作用就是把pushst里的元素反过来放入到popst里面
    return STTop(&obj->popst);//最后在返回出栈的值，这个值就是我们要的先进先出的值
}
//判空
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return STEmpty(&obj->pushst)&&STEmpty(&obj->popst);
}
//释放
void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    STDestory(&obj->pushst);
    STDestory(&obj->popst);
    free(obj);
}

这道题的思路就是先创建两个栈，一个专门用来入，一个专门用来出。要出栈的话就用popst。

等到我们把所有的元素都移动到popst里面的时候，再用栈的性质出栈，此时出来的元素的顺序将会是1,2,3,4。符合我们需要的特性，大家也可以试试入栈什么的。

四.设计循环队列

OJ链接




typedef struct {
    int* a;
    int head;
    int tail;//指向尾的下一个
    int k;//k是队列里所有的元素个数的总数
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));

    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int) * (k + 1));//多创建一个sizeof(int)
    obj->head = 0;
    obj->tail = 0;
    obj->k = k;
    return obj;
}
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->tail == obj->head;//如果head==tail就说明没有元素
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->tail + 1) % (obj->k + 1) == obj->head;//这里取了一个模，是为了避免tail在k位置时的情况
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if (myCircularQueueIsFull(obj))//满了就不能入了
        return false;

    obj->a[obj->tail] = value;//tail指向的是队尾的下一个位置
    obj->tail++;//可以分为正常情况和tail在k位置上的情况

    obj->tail %= (obj->k + 1);//有这个主要是为了避免tail在K位置上的情况
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return false;

    obj->head++;//删除队头的元素，直接head++就行了
    obj->head %= (obj->k + 1);//跟tail在k位置是同一个道理
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    return obj->a[obj->head];//直接返回队头元素
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[(obj->tail + obj->k) % (obj->k + 1)];//因为tail指向的是队尾的下一个位置，所以要小心一下tail在k位置的情况
}


void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);
    free(obj);
}

这里需要单独解释一下一个东西：

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if (myCircularQueueIsEmpty(obj))
        return -1;
    else
        return obj->a[(obj->tail + obj->k) % (obj->k + 1)];//因为tail指向的是队尾的下一个位置，所以要小心一下tail在k位置的情况
}

注意我return的是什么：(obj->tail + obj->k) % (obj->k + 1)这个东西又可以写成(obj->tail-1 + obj->k+1) % (obj->k + 1)。obj->tail-1加上一个obj->k + 1再取obj->k + 1的余。最后的结果不会有改变，但是多加了这一步就完美的避免了，tail在0位置的情况。如果直接return的是tail-1会存在访问越界的问题。

到这里这四个OJ题就结束了，感谢大家的观看，如有错误，还请多多指出。 

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