【栈和队列】算法题 ---- 力扣

        通过前面栈和队列的学习，现在来看这些算法题目

一、有效的括号

        本题让判断括号是否有效

第一眼看可能没一点思路，但仔细分析一下；

        我们学习过栈数据结构，知道栈先进后出的原则，那我们就可以使用啊；把题目的左括号存储起来，让右括号跟左括号一一比较。

思路：

        遍历字符串，遇到左括号就括号入栈，遇到右括号就与栈顶数据进行对比，如果配对就继续；如果不配对，就返回false

画图分析：

  现在有这样的括号字符串

        遍历字符串，第一个是  {  左括号，就入栈

        ps接着遍历， [  依然是左括号，入栈

        ps接着遍历，  (  还是左括号，入栈

        ps接着遍历，  )  是右括号，与栈顶数据进行比较，括号匹配，出栈

        ps接着遍历，  ]  是右括号，与栈顶数据比较，括号匹配，出栈

        ps接着遍历，  }  是右括号，与栈顶数据进行比较，括号匹配，出栈

        ps遍历完字符串，再判断栈是否为空？如果为空，就代表所以括号都匹配了；如果栈不为空，括号就不匹配。

        此外，再遍历过程中，有依次括号不匹配就要直接返回false

力扣题代码如下：

typedef char SType;
typedef struct Stack {SType* arr;int size; // 栈顶int num;  // 空间大小
} Stack;// 初始化
void STInit(Stack* ps) {assert(ps);ps->arr = NULL;ps->size = ps->num = 0;
}
// 判断栈是否为空
bool STEmpty(Stack* ps) {assert(ps);return ps->size == 0;
}
// 入栈
void STPush(Stack* ps, SType x) {assert(ps);// 判断空间大小是否足够if (ps->num <= ps->size) {int newnum = (ps->num == 0) ? 4 : 2 * ps->num;SType* tmp = (SType*)realloc(ps->arr, newnum * sizeof(Stack));if (tmp == NULL) {perror("realloc filed");exit(1);}ps->arr = tmp;ps->num = newnum;}ps->arr[ps->size++] = x;
}
// 出栈
void STPop(Stack* ps) {assert(ps);           // 不能传NULLassert(!STEmpty(ps)); // 栈不能为空ps->size--;
}
// 取栈顶数据
SType STtop(Stack* ps) {assert(ps);           // 不能传NULLassert(!STEmpty(ps)); // 栈不能为空return ps->arr[ps->size - 1];
}
// 获取栈中数据个数
int STSize(Stack* ps) {assert(ps);return ps->size;
}
// 栈的销毁
void STDesTroy(Stack* ps) {assert(ps);if (ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->size = ps->num = 0;
}bool isValid(char* s) {Stack arr;// 初始化STInit(&arr);char* ps = s;while (*ps != '\0') {if (*ps == '(' || *ps == '[' || *ps == '{') {// 入栈STPush(&arr, *ps);} else {// 取栈顶数据if (STEmpty(&arr)) {return false;}char ch = STtop(&arr);if ((ch == '(' && *ps == ')') || (ch == '[' && *ps == ']') ||(ch == '{' && *ps == '}')) {STPop(&arr);} else {return false;}}ps++;}if (STEmpty(&arr)) // 栈为空{return true;}return false;
}

二、用队列实现栈

        使用队列来实现栈，我们直到，队列是先进先出，而栈是先进后出。这里我们需要用两个队列来实现栈的相关操作

思路：

        保证两个队列中有一个为空，再两个队列之间来回导入导出数据。

        入栈：往不为空的队列里面插入数据

        出栈：找到不为空的队列，将size-1个数据导入到另一个队列，最后剩余的一个数据，就是要出栈的数据

        取栈顶元素：找到不为空的队列，取队尾元素即可

假设依次插入了1，2，3三个数据，现在要出栈

        将q1中数据size-1（2个）导入到q2中。

        现在q1当中剩余的数据就是要出栈的数据（即栈顶）。这样就满足了栈先进先出的特点。

力扣题代码如下：

typedef int QType;
typedef struct QueueNode // 队列节结构
{QType data;struct QueueNode* next;
} QueueNode;
typedef struct Queue // 队列结构
{int size;         // 队列中的数据个数QueueNode* phead; // 队头QueueNode* ptial; // 队尾
} Queue;// 初始化
void QueueInit(Queue* pq) {assert(pq);pq->phead = pq->ptial = NULL;pq->size = 0;
}
// 判断队列是否为空
bool QueueEmpty(Queue* pq) {assert(pq);return pq->size == 0;
}
// 入队列--从队尾插入数据
void QueuePush(Queue* pq, QType x) {assert(pq);QueueNode* newnode = (QueueNode*)malloc(sizeof(QueueNode));newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (QueueEmpty(pq)) // 队列为空{pq->phead = pq->ptial = newnode;} else { // 队列不为空pq->ptial->next = newnode;pq->ptial = newnode;}pq->size++;
}
// 出队列--从对头删除数据
void QueuePop(Queue* pq) {assert(pq);              // 不能传NULL//assert(!QueueEmpty(pq)); // 队列不能为空QueueNode* del = pq->phead;pq->phead = pq->phead->next;if (pq->size == 1) // 队列只有一个节点{pq->ptial = NULL;}pq->size--;free(del);del = NULL;
}
// 取队头数据
QType QueueFront(Queue* pq) {assert(pq);              // 不能传NULL//assert(!QueueEmpty(pq)); // 队列不能为空return pq->phead->data;
}
// 取队尾数据
QType QueueBack(Queue* pq) {assert(pq);              // 不能传NULL//assert(!QueueEmpty(pq)); // 队列不能为空return pq->ptial->data;
}
// 获取队列数据个数
int QueueSize(Queue* pq) {assert(pq); // 不能传NULLreturn pq->size;
}
// 销毁队列
void QueueDesTroy(Queue* pq) {assert(pq);              // 不能传NULL//assert(!QueueEmpty(pq)); // 队列不能为空QueueNode* pcur = pq->phead;while (pcur) {QueueNode* del = pcur;pcur = pcur->next;free(del);del = NULL;}pq->phead = pq->ptial = NULL;pq->size = 0;
}typedef struct {Queue q1;Queue q2;
} MyStack;MyStack* myStackCreate() {MyStack* Qst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&Qst->q1);QueueInit(&Qst->q2);return Qst;
}void myStackPush(MyStack* obj, int x) {// 往不为空的队列中插入数据if (QueueEmpty(&obj->q1)) {QueuePush(&obj->q2, x);} else {QueuePush(&obj->q1, x);}
}int myStackPop(MyStack* obj) {// 先找到不为空的队列Queue* empq = &obj->q1;Queue* noneq = &obj->q2;if (!(QueueEmpty(&obj->q1))) // 如果q1不为空{empq = &obj->q2;noneq = &obj->q1;}//empq --  空队列//noneq --  非空队列while(QueueSize(noneq) > 1) {// 将noneq队列的数据导入到empq中去QueuePush(empq, QueueFront(noneq));QueuePop(noneq);}int ret = QueueFront(noneq);QueuePop(noneq);return ret;
}int myStackTop(MyStack* obj) {if(QueueEmpty(&obj->q1)){return QueueBack(&obj->q2);}else{return QueueBack(&obj->q1);}
}bool myStackEmpty(MyStack* obj) {return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2);
}void myStackFree(MyStack* obj) {free(obj);obj = NULL;
}

三、用栈实现队列

        上一个题让我们用队列来实现栈，这个用两个栈来实现队列。

定义两个栈

思路：

        往PushST中插入数据，再将数据导入到PopST中，出栈即可；

        入队列：往PushST中插入数据

        出队列：判断栈PopST是否为空？如果PopST栈为空，就将栈PushST中数据导入到栈PopST中去，再让栈PopST出栈操作；如果不为空，直接让栈PopST出栈操作即可。

        取队头数据：和出队列操作一样，只是不需要出栈操作，只取数据

分析：

        假设依次插入了1，2，3三个数据，现在出栈一次，再插入一个数据4，最后取队头数据，依次出栈。

        出栈一次，PopST为空，就将PushST中数据导入到PopST中去。

依次导入

        出栈；

再插入数据4

取队头数据：

最后依次出队列

现在，PopST栈为空，就要先将PushST中数据先导入到PopST中。

再出队列

力扣题代码如下：

typedef int SType;
typedef struct Stack
{SType* arr;int size;  //栈顶int num;   //空间大小
}Stack;
//初始化
void STInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->arr = NULL;ps->size = ps->num = 0;
}
//判断栈是否为空
bool STEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->size == 0;
}
//入栈
void STPush(Stack* ps, SType x)
{assert(ps);//判断空间大小是否足够if (ps->num <= ps->size){int newnum = (ps->num == 0) ? 4 : ps->num * 2;SType* tmp = (SType*)realloc(ps->arr, newnum * sizeof(Stack));if (tmp == NULL){perror("realloc filed");exit(1);}ps->arr = tmp;ps->num = newnum;}ps->arr[ps->size++] = x;
}
//出栈
void STPop(Stack* ps)
{assert(ps); //不能传NULLassert(!STEmpty(ps));  //栈不能为空ps->size--;
}
//取栈顶数据
SType STtop(Stack* ps)
{return ps->arr[ps->size - 1];
}
//获取栈中数据个数
int STSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->size;
}
//栈的销毁
void STDesTroy(Stack* ps)
{assert(ps);if (ps->arr)free(ps->arr);ps->arr = NULL;ps->size = ps->num = 0;
}typedef struct {Stack s1;Stack s2;
} MyQueue;//初始化
MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue* Queue=(MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&Queue->s1);STInit(&Queue->s2);return Queue;
}
//插入数据
void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) {assert(obj);STPush(&obj->s1, x);
}int myQueuePop(MyQueue* obj) {assert(obj);if(STEmpty(&obj->s2)){//把s1中数据导入到s2while(!STEmpty(&obj->s1)){STPush(&obj->s2,STtop(&obj->s1));STPop(&obj->s1);}}int ret=STtop(&obj->s2);STPop(&obj->s2);return ret;
}int myQueuePeek(MyQueue* obj) {if(STEmpty(&obj->s2)){//把s1中数据导入到s2while(!STEmpty(&obj->s1)){STPush(&obj->s2,STtop(&obj->s1));STPop(&obj->s1);}}return STtop(&obj->s2);
}bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) {return (STEmpty(&obj->s1)) && (STEmpty(&obj->s2));
}void myQueueFree(MyQueue* obj) {if(obj)free(obj);obj=NULL;
}

四、设计循环队列

        设计循环队列，这里使用数组来设计

这里会设计到的一些问题：

        插入数据，如何判断空间是否满了？       

这里多申请一个空间，便于判断空间是否满了

        删除数据，如何去删？

这里，删除front指向的数据，就是队头数据

详细代码如下：

typedef struct {int* arr;int front;int rear;int num;
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue* pq = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));pq->arr = malloc((k + 1) * sizeof(int));pq->front = pq->rear = 0;pq->num = k;return pq;
}bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {return (obj->rear == obj->front);
}bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {return (obj->rear + 1) % (obj->num + 1) == obj->front;
}bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {if (myCircularQueueIsFull(obj)) // 队列满了{return false;}// 插入数据obj->arr[obj->rear++] = value;obj->rear %= (obj->num + 1);return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {if (myCircularQueueIsEmpty(obj)) {return false;}obj->front++;obj->front %= (obj->num + 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 ret=obj->rear-1;if(obj->rear==0){ret=obj->num;}return obj->arr[ret];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {free(obj->arr);free(obj);obj = NULL;
}

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