栈和队列高频面试题(必刷): 用队列实现栈 用栈实现队列 实现循环队列 括号匹配

news2024/10/6 2:25:15

文章目录

  • 用队列实现栈
  • 用栈实现队列
  • 实现循环队列
  • 括号匹配

用队列实现栈

题目描述:

请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通队列的全部四种操作(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 。

思路
 使用两个队列,始终保持一个队列为空。当我们需要进行压栈操作时,将数据压入不为空的队列中(若两个都为空,则随便压入一个队列)。当需要进行出栈操作时,将不为空的队列中的数据导入空队列,仅留下一个数据,这时将这个数据返回并且删除即可。判断栈是否为空,即判断两个队列是否同时为空。

在这里插入图片描述

代码示例:

typedef int QDataType;//队列中存储的元素类型

typedef struct QListNode
{
	struct QListNode* next;//指针域
	QDataType data;//数据域
}QListNode;

typedef struct Queue
{
	QListNode* head;//队头
	QListNode* tail;//队尾
}Queue;
//初始化队列
void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//起始时队列为空
	pq->head = NULL;
	pq->tail = NULL;
}

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

	QListNode* cur = pq->head;//接收队头
	//遍历链表,逐个释放结点
	while (cur)
	{
		QListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->head = NULL;//队头置空
	pq->tail = NULL;//队尾置空
}

//队尾入队列
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);

	QListNode* newnode = (QListNode*)malloc(sizeof(QListNode));//申请新结点
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;//新结点赋值
	newnode->next = NULL;//新结点指针域置空
	if (pq->head == NULL)//队列中原本无结点
	{
		pq->head = pq->tail = newnode;//队头、队尾直接指向新结点
	}
	else//队列中原本有结点
	{
		pq->tail->next = newnode;//最后一个结点指向新结点
		pq->tail = newnode;//改变队尾指针指向
	}
}

//检测队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	return pq->head == NULL;
}

//队头出队列
void QueuePop(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//检测队列是否为空

	if (pq->head->next == NULL)//队列中只有一个结点
	{
		free(pq->head);
		pq->head = NULL;
		pq->tail = NULL;
	}
	else//队列中有多个结点
	{
		QListNode* next = pq->head->next;
		free(pq->head);
		pq->head = next;//改变队头指针指向
	}
}

//获取队列头部元素
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//检测队列是否为空

	return pq->head->data;//返回队头指针指向的数据
}

//获取队列尾部元素
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));//检测队列是否为空

	return pq->tail->data;//返回队尾指针指向的数据
}

//获取队列中有效元素个数
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);

	QListNode* cur = pq->head;//接收队头
	int count = 0;//记录结点个数
	while (cur)//遍历队列
	{
		count++;
		cur = cur->next;
	}
	return count;//返回队列中的结点数
}
/*---以上代码是队列的基本功能实现,以下代码是题解主体部分---*/
typedef struct {
	Queue q1;//第一个队列
	Queue q2;//第二个队列
} MyStack;

/** Initialize your data structure here. */
MyStack* myStackCreate() {
	MyStack* pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));//申请一个MyStack类型的栈
	QueueInit(&pst->q1);//初始化第一个队列
	QueueInit(&pst->q2);//初始化第二个队列

	return pst;
}

/** Push element x onto stack. */
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
	//数据压入非空的那个队列
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))
	{
		QueuePush(&obj->q1, x);
	}
	else
	{
		QueuePush(&obj->q2, x);
	}
}

/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
int myStackPop(MyStack* obj) {
	Queue* pEmpty = &obj->q1;//记录空队列
	Queue* pNoEmpty = &obj->q2;//记录非空队列
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))
	{
		pEmpty = &obj->q2;
		pNoEmpty = &obj->q1;
	}
	while (QueueSize(pNoEmpty) > 1)
	{
		QueuePush(pEmpty, QueueFront(pNoEmpty));
		QueuePop(pNoEmpty);
	}//将非空队列中的数据放入空队列中,只留下一个数据
	int front = QueueFront(pNoEmpty);//获取目标数据
	QueuePop(pNoEmpty);//删除目标数据
	return front;
}

/** Get the top element. */
int myStackTop(MyStack* obj) {
	//获取非空队列的队尾数据
	if (!QueueEmpty(&obj->q1))
	{
		return QueueBack(&obj->q1);
	}
	else
	{
		return QueueBack(&obj->q2);
	}
}

/** Returns whether the stack is empty. */
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
	//两个队列均为空,则MyStack为空
	return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
	QueueDestroy(&obj->q1);//释放第一个队列
	QueueDestroy(&obj->q2);//释放第二个队列
	free(obj);//释放MyStack
}

用栈实现队列

题目描述:

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。

思路:
 使用两个栈,第一个栈只用于数据的输入,第二个栈只用于数据的输出。当需要输出数据,但第二个栈为空时,先将第一个栈中的数据一个一个导入到第二个栈,然后第二个栈再输出数据即可。这样就能够模拟实现一个队列了,即先输入的数据先输出。

在这里插入图片描述

代码示例:

typedef int STDataType;//栈中存储的元素类型

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//栈
	int top;//栈顶
	int capacity;//容量,方便增容
}Stack;

//初始化栈
void StackInit(Stack* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 4);//初始化栈可存储4个元素
	pst->top = 0;//初始时栈中无元素,栈顶为0
	pst->capacity = 4;//容量为4
}

//销毁栈
void StackDestroy(Stack* pst)
{
	assert(pst);

	free(pst->a);//释放栈
	pst->a = NULL;//及时置空
	pst->top = 0;//栈顶置0
	pst->capacity = 0;//容量置0
}

//入栈
void StackPush(Stack* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);

	if (pst->top == pst->capacity)//栈已满,需扩容
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType)*pst->capacity * 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity *= 2;//栈容量扩大为原来的两倍
	}
	pst->a[pst->top] = x;//栈顶位置存放元素x
	pst->top++;//栈顶上移
}

//检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top == 0;
}

//出栈
void StackPop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!StackEmpty(pst));//检测栈是否为空

	pst->top--;//栈顶下移
}

//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!StackEmpty(pst));//检测栈是否为空

	return pst->a[pst->top - 1];//返回栈顶元素
}

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

	return pst->top;//top的值便是栈中有效元素的个数
}
/*---以上代码是栈的基本功能实现,以下代码是题解主体部分---*/
typedef struct {
    Stack pushST;//插入数据时用的栈
    Stack popST;//删除数据时用的栈
} MyQueue;

/** Initialize your data structure here. */

MyQueue* myQueueCreate() {
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));//申请一个队列类型
    StackInit(&obj->pushST);//初始化pushST
    StackInit(&obj->popST);//初始化popST

    return obj;
}

/** Push element x to the back of queue. */
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {
    StackPush(&obj->pushST, x);//插入数据,向pushST插入
}

/** Get the front element. */
int myQueuePeek(MyQueue* obj) {
    if(StackEmpty(&obj->popST))//popST为空时,需先将pushST中数据导入popST
    {
        while(!StackEmpty(&obj->pushST))//将pushST数据全部导入popST
        {
            StackPush(&obj->popST, StackTop(&obj->pushST));
            StackPop(&obj->pushST);
        }
    }
    return StackTop(&obj->popST);//返回popST栈顶的元素
}

/** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
int myQueuePop(MyQueue* obj) {
    int top = myQueuePeek(obj);
    StackPop(&obj->popST);//删除数据,删除popST中栈顶的元素
    return top;
}

/** Returns whether the queue is empty. */
bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {
    return StackEmpty(&obj->pushST)&&StackEmpty(&obj->popST);//两个栈均为空,则“队列”为空
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) {
    //先释放两个栈,再释放队列的结构体类型
    StackDestroy(&obj->pushST);
    StackDestroy(&obj->popST);
    free(obj);
}

实现循环队列

题目描述:

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构,其操作表现基于 FIFO(先进先出)原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。
 循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里,一旦一个队列满了,我们就不能插入下一个元素,即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列,我们能使用这些空间去存储新的值。

实现 MyCircularQueue 类:
 MyCircularQueue(k): 构造器,设置队列长度为 k 。
 Front: 从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 。
 Rear: 获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 。
 enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
 deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
 isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
 isFull(): 检查循环队列是否已满。

思路
 在环形队列中,队列为空时,队头队尾指向同一个位置。当队列不为空时,队头指向插入的第一个数据,队尾指向最后一个数据的下一个位置。当tail+1等于front时,说明环形队列已满。
 注意:环形队列的队尾不能像常规队列中队尾一样指向最后一个数据,如果这样的话,我们将不能区别环形队列的状态是空还是满,因为此时队头和队尾都指向同一个位置。这就意味着,我们必须留出一个空间,这个空间不能存放数据,这样我们才能很好的区别环形队列的状态是空还是满。

在这里插入图片描述

我们如果用一个数组来实现这个环形队列的话,上面这三种状态就对应于以下三种状态:
在这里插入图片描述

可以看出,此时这个数组和环形完全扯不上关系,这其实很简单,我们只需注意判断两个地方:
 1.当指针指向整个数组的后方的时候,让该指针重新指向数组的第一个元素。
 2.当指针指向整个数组的前方的时候,让该指针直接指向数组最后一个有效元素的后面。

这样就使得该数组在逻辑上是“环形”的了。

在这里插入图片描述

代码示例:

typedef struct {
    int* a;//数组模拟环形队列
    int k;//队列可存储的有效数据总数
    int front;//队头
    int tail;//队尾的后一个位置
} MyCircularQueue;

MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));//申请一个环形队列
    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));//开辟队列空间
    //初始时,队头和队尾均为0
    obj->front = 0;
    obj->tail = 0;
    obj->k = k;//设置队列可存储的有效数据个数
    
    return obj;
}

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {
    return obj->front == obj->tail;//当front和tail指向同一位置时,队列为空
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {
    int tailNext = obj->tail+1;
    if(tailNext == obj->k+1)//当指针指到队列末尾时,指针返回队列开头,使队列循环
    {
        tailNext = 0;
    }
    return tailNext == obj->front;//当tail+1指向的位置与front相同时,队列满
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {
    if(myCircularQueueIsFull(obj))//队列已满,不能再插入数据
    {
        return false;
    }
    else//插入数据
    {
        obj->a[obj->tail] = value;
        obj->tail++;

        if(obj->tail == obj->k+1)//使队列循环
            obj->tail = 0;

        return true;
    }
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))//当队列为空时,无法再删除数据
    {
        return false;
    }
    else//删除数据
    {
        obj->front++;

        if(obj->front == obj->k+1)//使队列循环
            obj->front = 0;
        
        return true;
    }
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))//当队列为空时,无数据可返回
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        return obj->a[obj->front];//返回队头指向的数据
    }
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))//当队列为空时,无数据返回
    {
        return -1;
    }
    else//返回tail-1指向位置的数据
    {
        int tailPrev = obj->tail-1;

        if(tailPrev == -1)//使队列循环
            tailPrev = obj->k;
        
        return obj->a[tailPrev];
    }
}

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {
    free(obj->a);//先释放动态开辟的数组
    free(obj);//再释放动态开辟的结构体
}

括号匹配

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:
 1.左括号必须用相同类型的右括号闭合。
 2.左括号必须以正确的顺序闭合。

要求:
 时间复杂度:O(n)

思路
 该题是栈的典型应用,满足后进先出的规则(后入栈的前括号将优先与先出现的后括号相匹配)。
 遍历字符串,遇到前括号直接入栈。遇到后括号,判断该后括号与栈顶的前括号是否匹配(若此时栈为空,则字符串无效),若不匹配则字符串无效;若匹配则删除栈顶元素,继续遍历字符串,直到字符串遍历完毕。当字符串遍历完后,检测栈是否为空,若为空,则字符串有效,若不为空,说明有前括号未匹配,字符串无效。

代码示例:

typedef char STDataType;//栈中存储的元素类型

typedef struct Stack
{
	STDataType* a;//栈
	int top;//栈顶
	int capacity;//容量,方便增容
}Stack;

//初始化栈
void StackInit(Stack* pst)
{
	assert(pst);

	pst->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* 4);//初始化栈可存储4个元素
	pst->top = 0;//初始时栈中无元素,栈顶为0
	pst->capacity = 4;//容量为4
}

//销毁栈
void StackDestroy(Stack* pst)
{
	assert(pst);

	free(pst->a);//释放栈
	pst->a = NULL;//及时置空
	pst->top = 0;//栈顶置0
	pst->capacity = 0;//容量置0
}

//入栈
void StackPush(Stack* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);

	if (pst->top == pst->capacity)//栈已满,需扩容
	{
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType)*pst->capacity * 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity *= 2;//栈容量扩大为原来的两倍
	}
	pst->a[pst->top] = x;//栈顶位置存放元素x
	pst->top++;//栈顶上移
}

//检测栈是否为空
bool StackEmpty(Stack* pst)
{
	assert(pst);

	return pst->top == 0;
}

//出栈
void StackPop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!StackEmpty(pst));//检测栈是否为空

	pst->top--;//栈顶下移
}

//获取栈顶元素
STDataType StackTop(Stack* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!StackEmpty(pst));//检测栈是否为空

	return pst->a[pst->top - 1];//返回栈顶元素
}

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

	return pst->top;//top的值便是栈中有效元素的个数
}
/*---以上代码是栈的基本功能实现,以下代码是题解主体部分---*/
bool isValid(char * s){
    Stack st;//创建一个栈
    StackInit(&st);//初始化栈
    char* cur = s;//cur用于遍历字符串
    while(*cur)
    {
        if(*cur == '('||*cur == '{'||*cur == '[')//前括号统一入栈
        {
            StackPush(&st, *cur);
            cur++;
        }
        else
        {
            if(StackEmpty(&st))//若遇到后括号,且栈为空,则字符串无效
            {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }
            char top = StackTop(&st);//获取栈顶元素
            if((top == '('&&*cur != ')')
            ||(top == '{'&&*cur != '}')
            ||(top == '['&&*cur != ']'))//后括号与栈顶的前括号不匹配
            {
                StackDestroy(&st);
                return false;
            }
            else//匹配
            {
                StackPop(&st);
                cur++;
            }
        }
    }
    bool ret = StackEmpty(&st);//检测栈是否为空
    StackDestroy(&st);
    return ret;//栈为空返回true,栈不为空返回false
}

如此明了清晰的详解过程,希望各位看官能够一键三连哦💕

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Ansible Loops是什么&#xff1f;以及实际例子 就是循环语句。让我们看看这个创建Playbook的示例&#xff61;要使用用户模块在系统中创建用户,在本例中, 我们只创建一个用户&#xff61;但是如果我们有多个用户呢? name: Create users hosts: localhost tasks:- user: name g…

城市二次供水设备远程监控解决方案

城市二次供水设备远程监控解决方案 一、项目背景 近年来&#xff0c;随着我国城市日新月异的发展,新建商场和小区高层逐渐的增多&#xff0c;需要二次供水的楼盘也在逐渐增多。二次供水模式成了城市普遍的供水模式&#xff0c;当前普遍采用传统供水方式存在着供水水源、加压供…

Sentinel怎么使用和控制台讲解

Sentinel 基础 官网 1 Github: https://github.com/alibaba/Sentinel 2 快速开始: https://sentinelguard.io/zh-cn/docs/quick-start.html 3 中文: https://github.com/alibaba/Sentinel/wiki/介绍 4 使用手册: https://spring-cloud-alibaba-group.github.io/github-pag…

LNMP搭建过程详解,验证搭建论坛

LNMP搭建过程详解&#xff0c;验证搭建论坛 一、安装Nginx服务1、安装依赖包2、创建运行用户3、编译安装4、优化路径5、添加Nginx 系统服务 二、安装MySQL服务1、安装Mysql环境依赖包2、创建运行用户3、编译安装4、修改mysql配置文件5、更改mysql安装目录和配置文件的属主属组6…

【C/C++】基础知识之输入输出流

创作不易&#xff0c;本篇文章如果帮助到了你&#xff0c;还请点赞 关注支持一下♡>&#x16966;<)!! 主页专栏有更多知识&#xff0c;如有疑问欢迎大家指正讨论&#xff0c;共同进步&#xff01; &#x1f525;c系列专栏&#xff1a;C/C零基础到精通 &#x1f525; 给大…