【算法训练营】队列 合集(1)

news2024/11/24 2:09:00

📍前言

本篇将学习queue的OJ题并学习queue的基础知识。

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本篇为简单题

📍933. 最近的请求次数

问题描述

写一个 RecentCounter 类来计算特定时间范围内最近的请求。

请你实现 RecentCounter 类:

  • RecentCounter() 初始化计数器,请求数为 0 。

  • int ping(int t) 在时间 t 添加一个新请求,其中 t 表示以毫秒为单位的某个时间,并返回过去 3000 毫秒内发生的所有请求数(包括新请求)。确切地说,返回在 [t-3000, t] 内发生的请求数。

  • 保证 每次对 ping 的调用都使用比之前更大的 t 值。

我的代码如下:

#include <queue>
class RecentCounter {
public:
    RecentCounter() {
    }
    
    int ping(int t) {
        qt.push(t);
        while(qt.front()<t-3000)
        {
            qt.pop();
        }
        return qt.size();
    }
private:
    queue<int> qt;
};

解题方案

使用了队列(queue)数据结构来解决问题。在 ping 方法中,将新请求的时间 t 入队,并使用 while 循环将队列头部过期的请求(在 [t-3000, t] 之外的请求)出队,然后返回队列的大小(即最近 3000 毫秒内的请求数)。由于队列是先进先出(FIFO)的数据结构,所以能够保证只保留最近的请求。

📍LCR 041. 数据流中的移动平均值

问题描述

给定一个整数数据流和一个窗口大小,根据该滑动窗口的大小,计算滑动窗口里所有数字的平均值。

实现 MovingAverage 类:

MovingAverage(int size) 用窗口大小 size 初始化对象。

double next(int val) 成员函数 next 每次调用的时候都会往滑动窗口增加一个整数,请计算并返回数据流中最后 size 个值的移动平均值,即滑动窗口里所有数字的平均值。

解题方案

为了计算滑动窗口中的平均值,我们需要维护一个队列,其中存储了最近 size 个值。当添加一个新的值时,我们需要从队列的前端移除一个值,以保证队列的大小始终为 size。同时,我们还需要维护一个变量来跟踪队列的总和,以便我们可以计算平均值。

next 函数中,如果队列的大小小于 size,我们只需将新的值添加到队列中即可。否则,我们需要从队列的前端移除一个值,然后将新的值添加到队列的尾部。同时,我们还需要更新总和变量以包含新的值。最后,我们返回总和除以队列的大小,得到滑动窗口的平均值。

我的代码

class MovingAverage {
public:
    /** Initialize your data structure here. */
    MovingAverage(int size) {
        _size = size;
        sum = 0;
    }
    
    double next(int val) {
        if (qt.size() < _size) {
            qt.push(val);
        } else {
            sum -= qt.front();
            qt.pop();
            qt.push(val);
        }
        sum += val;
        return sum * 1.0 / qt.size();
    }
private:
    int _size;
    int sum;
    queue<int> qt;
};

📍1700. 无法吃午餐的学生数量

问题描述

学校的自助午餐提供圆形和方形的三明治,分别用数字 01 表示。所有学生站在一个队列里,每个学生要么喜欢圆形的要么喜欢方形的。
餐厅里三明治的数量与学生的数量相同。所有三明治都放在一个 里,每一轮:

  • 如果队列最前面的学生 喜欢 栈顶的三明治,那么会 拿走它 并离开队列。

  • 否则,这名学生会 放弃这个三明治 并回到队列的尾部。

这个过程会一直持续到队列里所有学生都不喜欢栈顶的三明治为止。

给你两个整数数组 studentssandwiches ,其中 sandwiches[i] 是栈里面第 i​​​​​​ 个三明治的类型(i = 0 是栈的顶部), students[j] 是初始队列里第 j​​​​​​ 名学生对三明治的喜好(j = 0 是队列的最开始位置)。请你返回无法吃午餐的学生数量。

解决方案

这个问题可以通过使用队列和指针来解决。首先,我们将所有的学生放入队列中。然后,我们开始处理栈顶的三明治,依次与队列中的学生比较。

  • 如果队列头的学生喜欢栈顶的三明治,那么他就会拿走它并离开队列。此时,我们需要将队列的指针向前移动一位,并将计数器重置为0。

  • 如果队列头的学生不喜欢栈顶的三明治,那么他就会放弃这个三明治并回到队列的尾部。此时,我们需要将队列头部的元素取出,放入队列尾部,并增加计数器。如果此时计数器的值等于队列的大小,说明所有的学生都无法吃到三明治,我们就可以提前结束循环并返回计数器的值。

  • 如果栈为空,说明所有的三明治都已经处理完毕,我们就可以返回0。

这是对应的代码实现:

class Solution {
public:
    int countStudents(vector<int>& students, vector<int>& sandwiches) {
        queue<int> st;
        for(int i=0;i<students.size();++i)
        {
            st.push(students[i]);
        }
        int point=0;
        int count=0;
        while(!st.empty())
        {
            if(st.front()==sandwiches[point])
            {
                st.pop();
                point++;
                count=0;
            }
            else
            {
                int tmp=st.front();
                st.pop();
                st.push(tmp);
                count++;
                if(count==st.size())
                {
                    return count;
                }
            }
        }      
        return 0;
    }
};

这个解决方案的时间复杂度为O(n),其中n是学生的数量。

📍queue的介绍和使用

👨‍🚀小明:“这里我们先看一下文档是怎么说的。总结就是下面几点。”

🎈queue的介绍

queue的文档介绍

  1. ✨队列是一种容器适配器,专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作,其中从容器一端插入元素,另一端提取元素。

  2. ✨队列作为容器适配器实现,容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类,queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列,从队头出队列。

  3. 底层容器可以是标准容器类模板之一,也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作:

  • empty:检测队列是否为空
  • size:返回队列中有效元素的个数
  • front:返回队头元素的引用
  • back:返回队尾元素的引用
  • push_back:在队列尾部入队列
  • pop_front:在队列头部出队列
  1. ✨标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下,如果没有为queue实例化指定容器类,则使用标准容器deque。

在这里插入图片描述

👨‍🚀小明又给小星展示了一张表“它的常用函数有下面这些,每一个都是链接了文档的超链接,想了解更多就点它,后面接口说明有功能介绍”

🎈queue的常用函数

✨函数声明✨接口说明
✨queue()✨构造空的队列
✨empty()✨检测队列是否为空,是返回true,否则返回false
✨size()✨返回队列中有效元素的个数
✨front()✨返回队头元素的引用
✨back()✨返回队尾元素的引用
✨push()✨在队尾将元素val入队列
✨pop()✨将队头元素出队列

🎈queue的使用

👨‍🚀小明:”按照惯例,现在该做题练练手了“

🧚小星又恢复了活力,双手叉腰、鼻孔朝天道:”来吧,小小队列题“

👨‍🚀小明心想可不能打击他的士气,万一不学了就不好了,于是找到了这题:

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

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

注意:

  • 你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to backpeek/pop from frontsizeis empty 这些操作。
  • 你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list (列表)或者 deque(双端队列)来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

示例:

输入:
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出:
[null, null, null, 2, 2, false]

解释:
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

提示:

  • 1 <= x <= 9
  • 最多调用100pushpoptopempty
  • 每次调用 poptop 都保证栈不为空

接口如下:

class MyStack {
public:
    MyStack() {

    }
    
    void push(int x) {

    }
    
    int pop() {

    }
    
    int top() {

    }
    
    bool empty() {

    }
};

🧚小星脑袋极速运转:”用队列实现栈的功能,队列是先进先出,栈是先进后出,那么就需要两个队列,要把进入的数据倒来倒去,让后面的到前面就好了,其他的功能也是类似,把握好数据的顺序就可以了,这么简单?不愧是我,“

代码如下:

class MyStack {
public:
    MyStack() {

    }
    
    void push(int x) {
        if(q1.empty())
        {
            q1.push(x);
            while(!q2.empty())
            {
                q1.push(q2.front());
                q2.pop();
            }
        }
        else
        {
            q2.push(x);
            while(!q1.empty())
            {
                q2.push(q1.front());
                q1.pop();
            }
        }
    }
    
    int pop() {
        if(q1.empty())
        {
            int res=q2.front();
            q2.pop();
            return res;
        }
        else
        {
            int res=q1.front();
            q1.pop();
            return res;
        }
    }
    
    int top() {
        if(q1.empty())
        {
            int res=q2.front();
            return res;
        }
        else
        {
            int res=q1.front();
            return res;
        }
    }
    
    bool empty() {
        return q1.empty()&&q2.empty();
    }
private:
    queue<int> q1;
    queue<int> q2;
};

过了!!!

👨‍🚀小明:”嗯嗯,孺子可教也,不错,看来有点天赋的“(其实都在我的掌控之中)

🧚小星:”哼哼,不看看我是谁(得意)“

🧚小星:”你尽管讲,那年我双手插兜,不知道什么是对手。“

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