数据结构第七讲：栈和队列OJ题

news2024/11/15 12:11:42

数据结构第七讲：栈和队列OJ题

  • 1.有效的括号
  • 2.用队列实现栈
  • 3.用栈实现队列
  • 4.设计循环队列

1.有效的括号

链接: OJ题目链接
在这里插入图片描述

typedef char StackDataType;

typedef struct Stack
{
	StackDataType* arr;//使用一个指针来指向开辟的数组
	int capacity;//保存数组的空间大小
	int top;//指向栈顶
}Stack;

//栈的初始化
void Init(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

//栈的销毁
void Destory(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	//注意：这个要加上if进行判断，为了确保arr数组不是指向NULL
	if(ps->arr)
		free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

//栈的插入
void StackPush(Stack* ps, StackDataType x)
{
	assert(ps);

	//因为只有栈的插入才需要开辟空间，所以开辟结点空间不必封装成一个函数
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//空间不足，需要开辟
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		StackDataType* parr = (StackDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(StackDataType));
		if (parr == NULL)
		{
			perror("malloc faile!");
			exit(1);
		}
		ps->arr = parr;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->arr[ps->top++] = x;
}

//栈的删除
void StackPop(Stack* ps)
{
	//栈为NULL时不能删除，栈中没有数据时不能删除
	assert(ps && ps->top);

	--ps->top;
}

//取栈顶元素
StackDataType StackPrint(Stack* ps)
{
	assert(ps && ps->top);

	return ps->arr[--ps->top];
}

//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

--------------------------------------------------------------------------
//下面才是实现思路
bool isValid(char* s) {
    Stack ps;
    //先对栈进行初始化
    Init(&ps);

    while(*s)
    {
        if(*s=='(' || *s=='{' || *s=='[')
        {
            //三种情况，进行插入
            StackPush(&ps, *s);
        }
        else
        {
            if((ps.top == 0) || (ps.top==0 && *s!='\0')) return false;
            StackDataType a = StackPrint(&ps);
            if( (a=='(' && *s==')') ||  
                (a=='[' && *s==']') ||
                (a=='{' && *s=='}') );
            else
            {
                //不匹配时，直接返回false
                return false;
            }
        }
        s++;
    }
    if(ps.top!=0 && *s=='\0') return false;
    return true;
}

2.用队列实现栈

链接: OJ题目链接
在这里插入图片描述
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//结点结构体
typedef int QueueDataType;

typedef struct QueueNode
{
	//和链表一样，也需要结点进行链接
	QueueDataType val;
	struct QueueNode* next;
}QueueNode;

//队列结构体
typedef struct Queue
{
	QueueNode* head;//指向队列的头部，方便删除数据
	QueueNode* tail;//指向队列的尾部，方便插入数据
	int size;//用来记录有效数据的个数
}Queue;

//队列初始化
void Init(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//销毁队列
void Destory(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QueueNode* prev = pq->head;
	while (prev)
	{   
        QueueNode* next = prev->next;
		free(prev);
		prev = next;
	}
	pq->head = pq->tail = NULL;
	pq->size = 0;
}

//入队列
void QueuePush(Queue* pq, QueueDataType x)
{
	assert(pq);

	//只有入队列需要开辟结点空间
	QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc faile!");
		exit(1);
	}
	newnode->val = x;
	newnode->next = NULL;
	//要分情况讨论：当队列一开始没有一个结点时
	if (pq->head == NULL)
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;
	}
	else
	{
		//直接插入到末尾即可
		//head ... tail newnode
		pq->tail->next = newnode;
		pq->tail = newnode;
	}
	pq->size++;
}

//出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq && pq->head);

	//出队列要求从队列开头进行删除
	//此时要分情况讨论：当只具有一个结点时
	if (pq->head == pq->tail)
	{
		free(pq->head);
		pq->head = pq->tail == NULL;
	}
	else
	{
		//pq->head pq->head->next
		QueueNode* tmp = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = tmp;
	}
	--pq->size;
}

//取队列头结点数据
QueueDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq && pq->head);

	return pq->head->val;
}

//取队列尾节点数据
QueueDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq && pq->head && pq->tail);

	return pq->tail->val;
}

//队列有效元素的个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->size;
}

//检查队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
    assert(pq);
    return pq->head == NULL;
}
///
typedef struct {
    //需要创建两个队列
    Queue q1;
    Queue q2;
} MyStack;


MyStack* myStackCreate() {
    MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    Init(&pst->q1);
    Init(&pst->q2);

    return pst;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    //将数据压入栈，首先要找到那个不为空的队列
    //假设第一个队列不为空
    Queue* none = &obj->q1;
    Queue* emp = &obj->q2;
    if(QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        none = &obj->q2;
        emp = &obj->q1;
    }
    QueuePush(none, x);
}

int myStackPop(MyStack* obj) {
    //出栈
    Queue* none = &obj->q1;
    Queue* emp = &obj->q2;
    if(QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        none = &obj->q2;
        emp = &obj->q1;
    }
    //先将size-1个数据保存到空的队列中
    while(QueueSize(none) > 1)
    {
        int data = QueueFront(none);
        QueuePush(emp, data);
        QueuePop(none);
    }
    int data = QueueFront(none);
    QueuePop(none);
    return data;
}

int myStackTop(MyStack* obj) {
    //取栈顶元素
    Queue* none = &obj->q1;
    Queue* emp = &obj->q2;
    if(QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        none = &obj->q2;
        emp = &obj->q1;
    }
    return QueueBack(none);
}

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

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

3.用栈实现队列

链接: OJ题目链接
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

typedef int StackDataType;

typedef struct Stack
{
	StackDataType* arr;//使用一个指针来指向开辟的数组
	int capacity;//保存数组的空间大小
	int top;//指向栈顶
}Stack;

//栈的初始化
void Init(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

//栈的销毁
void Destory(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	//注意：这个要加上if进行判断，为了确保arr数组不是指向NULL
	if(ps->arr)
		free(ps->arr);
	ps->arr = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}

//栈的插入
void StackPush(Stack* ps, StackDataType x)
{
	assert(ps);

	//因为只有栈的插入才需要开辟空间，所以开辟结点空间不必封装成一个函数
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		//空间不足，需要开辟
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;
		StackDataType* parr = (StackDataType*)realloc(ps->arr, newcapacity * sizeof(StackDataType));
		if (parr == NULL)
		{
			perror("malloc faile!");
			exit(1);
		}
		ps->arr = parr;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->arr[ps->top++] = x;
}

//栈的删除
void StackPop(Stack* ps)
{
	//栈为NULL时不能删除，栈中没有数据时不能删除
	assert(ps && ps->top);

	--ps->top;
}

//取栈顶元素
StackDataType StackPrint(Stack* ps)
{
	assert(ps && ps->top);

	return ps->arr[ps->top-1];
}

//获取栈中有效元素个数
int StackSize(Stack* ps)
{
	assert(ps);

	return ps->top;
}

//检查栈是否为空
bool StackCheck(Stack* ps)
{
    assert(ps);

    return ps->top == 0;
}
/
typedef struct {
    //首先要创建出两个栈结构体
    Stack push;
    Stack pop;
} MyQueue;


MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* queue = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));

    Init(&queue->push);
    Init(&queue->pop);

    return queue;
}

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    StackPush(&obj->push, x);
}

int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    //删除元素要在pop队列中删除
    //此时要进行讨论
    //当pop链表还不为空时，直接删除一个元素即可
    if(!StackCheck(&obj->pop))
    {
        int data = StackPrint(&obj->pop);
        StackPop(&obj->pop);
        return data;
    }
    //当pop链表为空时，需要将push链表中的数据移到pop链表中
    //先将元素全部移到pop队列中
    while(!StackCheck(&obj->push))
    {
        int data = StackPrint(&obj->push);
        StackPush(&obj->pop, data);
        StackPop(&obj->push);
    }
    //然后删除pop中的一个元素即可
    int data = StackPrint(&obj->pop);
    StackPop(&obj->pop);
    return data;
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    //返回队列开头的元素
    //此时也要进行检查
    if(!StackCheck(&obj->pop))
    {
        return StackPrint(&obj->pop);
    }
    //当pop链表为空时，需要将push链表中的数据移到pop链表中
    //先将元素全部移到pop队列中
    while(!StackCheck(&obj->push))
    {
        int data = StackPrint(&obj->push);
        StackPush(&obj->pop, data);
        StackPop(&obj->push);
    }
    return StackPrint(&obj->pop);
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    //检查队列是否为空
    return StackCheck(&obj->push) && StackCheck(&obj->pop);
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    Destory(&obj->push);
    Destory(&obj->pop);
    free(obj);
    obj = NULL;
}

4.设计循环队列

链接: OJ题目链接
要区分队列已满和队列中无数据就要多开辟一块空间，但是那一块空间只是一个指代作用，其实并不会被使用

在这里插入图片描述

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typedef struct {
    int *arr;
    int front;
    int rear;
    int capacity;
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* tmp = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    //需要多创建一个int字节的空间，因为后边还要使用
    tmp->arr = (int*)malloc(sizeof(int) * (k+1));
    tmp->front = tmp->rear = 0;
    tmp->capacity = k;

    return tmp;
}

//判断循环队列是否已满
bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    return (obj->rear + 1) % (obj->capacity + 1) == obj->front;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    //当队列已满时不能进行插入数据
    if(myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    //当循环队列不满时，在rear位置插入数据即可
    obj->arr[obj->rear++] = value;
    //如果rear的结果超出了数组的大小，要对rear的值进行一个更正
    obj->rear %= (obj->capacity+1);
    return true;
}

//判断队列是否为空
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->rear == obj->front;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    //删除数据时直接移动front的指向即可
    //当队列为空时不能够执行删除操作
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj));
    {
        return false;
    }
    obj->front++;
    //对front的位置进行校正
    obj->front %= (obj->capacity+1);

    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    return obj->arr[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    int prev = obj->rear - 1;
    if (obj->rear == 0)
    {
        prev = obj->capacity - 1;
    }
    return obj->arr[prev];
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->arr);
    free(obj);
    obj = NULL;
}

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