C++数据结构与算法——栈与队列

C++第二阶段——数据结构和算法，之前学过一点点数据结构，当时是基于Python来学习的，现在基于C++查漏补缺，尤其是树的部分。这一部分计划一个月，主要利用代码随想录来学习，刷题使用力扣网站，不定时更新，欢迎关注！

文章目录

  • 一、用栈实现队列（力扣232）
  • 二、用队列实现栈（力扣225）
  • 三、有效的括号（力扣20）
  • 四、 删除字符串中的所有相邻重复项（力扣1047）
  • 五、逆波兰表达式求值（力扣150）
  • 六、滑动窗口最大值（力扣239）
  • 七、前 K 个高频元素（力扣347）

一、用栈实现队列（力扣232）

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
说明：
你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。
示例 1：
输入：
[“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]
解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

class MyQueue {
public:MyQueue() {}// 两个栈配合实现队列stack<int> s1;stack<int> s2;void push(int x) {s1.push(x);updateS2(s1,s2);}int pop() {int result =s2.top();s2.pop();updateS1(s1,s2);return result;}int peek() {return s2.top();}bool empty() {if(s2.size()==0){return true;}return false;}// 更新s2void updateS2(stack<int> s1,stack<int> &s2){// 先将s2清空，再将s1中所有元素添加到s2中int s2Size = s2.size();for(int i=0;i<s2Size;i++){s2.pop();}// 将s1中所有元素添加到s2中int s1Size = s1.size();for(int i=0;i<s1Size;i++){int temp = s1.top();s2.push(temp);s1.pop();}}void updateS1(stack<int> &s1,stack<int> s2){// 先将s1清空，再将s2中所有元素添加到s1中int s1Size = s1.size();for(int i=0;i<s1Size;i++){s1.pop();}// 将s1中所有元素添加到s2中int s2Size = s2.size();for(int i=0;i<s2Size;i++){int temp = s2.top();s1.push(temp);s2.pop();}}
};/*** Your MyQueue object will be instantiated and called as such:* MyQueue* obj = new MyQueue();* obj->push(x);* int param_2 = obj->pop();* int param_3 = obj->peek();* bool param_4 = obj->empty();*/

在这里插入图片描述

二、用队列实现栈（力扣225）

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（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 。
注意：你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is 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

class MyStack {
public:MyStack() {}// 使用一个队列完成queue<int> q;void push(int x) {q.push(x);}int pop() {// 将前面的重新添加到队列尾端int qSize = q.size()-1;for(int i=0;i<qSize;i++){q.push(q.front());q.pop();}int result = q.front();q.pop();return result;}int top() {return q.back();}bool empty() {if(q.size()==0){return true;}return false;}
};/*** Your MyStack object will be instantiated and called as such:* MyStack* obj = new MyStack();* obj->push(x);* int param_2 = obj->pop();* int param_3 = obj->top();* bool param_4 = obj->empty();*/

在这里插入图片描述

三、有效的括号（力扣20）

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：
左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。
示例 1：
输入：s = “()”
输出：true
示例 2：
输入：s = “()[]{}”
输出：true
示例 3：
输入：s = “(]”
输出：false
提示：
1 <= s.length <= 104
s 仅由括号 ‘()[]{}’ 组成

class Solution {
public:bool isValid(string s) {if(s.length()%2!=0) return false;stack<char> st;for(int i=0;i<s.length();i++){if(s[i]=='(') st.push(')');else if(s[i]=='[') st.push(']');else if(s[i]=='{') st.push('}');else if(st.empty()||s[i]!=st.top()) return false;else st.pop();}return st.empty();}};

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四、 删除字符串中的所有相邻重复项（力扣1047）

给出由小写字母组成的字符串 S，重复项删除操作会选择两个相邻且相同的字母，并删除它们。
在 S 上反复执行重复项删除操作，直到无法继续删除。
在完成所有重复项删除操作后返回最终的字符串。答案保证唯一。
示例：
输入：“abbaca”
输出：“ca”
解释：
例如，在 “abbaca” 中，我们可以删除 “bb” 由于两字母相邻且相同，这是此时唯一可以执行删除操作的重复项。之后我们得到字符串 “aaca”，其中又只有 “aa” 可以执行重复项删除操作，所以最后的字符串为 “ca”。
提示：
1 <= S.length <= 20000
S 仅由小写英文字母组成。

class Solution {
public:string removeDuplicates(string s) {// 使用栈stack<char> st;for(int i=0;i<s.size();i++){if(st.empty()||st.top()!=s[i]){st.push(s[i]);}else{st.pop();}}if(st.empty()) return "";string result;while(!st.empty()){result+= st.top();st.pop();}reverse(result.begin(),result.end());return result;}
};

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五、逆波兰表达式求值（力扣150）

给你一个字符串数组 tokens ，表示一个根据 逆波兰表示法 表示的算术表达式。
请你计算该表达式。返回一个表示表达式值的整数。
注意：
有效的算符为 ‘+’、‘-’、'’ 和 ‘/’ 。
每个操作数（运算对象）都可以是一个整数或者另一个表达式。
两个整数之间的除法总是 向零截断 。
表达式中不含除零运算。
输入是一个根据逆波兰表示法表示的算术表达式。
答案及所有中间计算结果可以用 32 位 整数表示。
示例 1：
输入：tokens = [“2”,“1”,“+”,“3”,"“]
输出：9
解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：((2 + 1) * 3) = 9
示例 2：
输入：tokens = [“4”,“13”,“5”,”/“,”+“]
输出：6
解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：(4 + (13 / 5)) = 6
示例 3：
输入：tokens = [“10”,“6”,“9”,“3”,”+“,”-11",““,”/“,””,“17”,“+”,“5”,“+”]
输出：22
解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：
((10 * (6 / ((9 + 3) * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / (12 * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / -132)) + 17) + 5
= ((10 * 0) + 17) + 5
= (0 + 17) + 5
= 17 + 5
= 22

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {//使用栈进行操作stack<long long> st;long long result;for(int i=0;i<tokens.size();i++){if(tokens[i]=="+"||tokens[i]=="-"||tokens[i]=="*"||tokens[i]=="/"){// 是符号// 取出两个进行运算long long num2 = st.top();st.pop();long long num1 = st.top();st.pop();if(tokens[i]=="+") st.push(num1+num2);else if(tokens[i]=="-") st.push(num1-num2);else if(tokens[i]=="*") st.push(num1*num2); else st.push(num1/num2);}else{st.push(stoll(tokens[i]));}}int fin = st.top();st.pop();return fin;}
};

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六、滑动窗口最大值（力扣239）

给你一个整数数组 nums，有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。
返回 滑动窗口中的最大值 。
示例 1：
输入：nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3
输出：[3,3,5,5,6,7]
解释：
滑动窗口的位置 最大值
[1 3 -1] -3 5 3 6 7 3
1 [3 -1 -3] 5 3 6 7 3
1 3 [-1 -3 5] 3 6 7 5
1 3 -1 [-3 5 3] 6 7 5
1 3 -1 -3 [5 3 6] 7 6
1 3 -1 -3 5 [3 6 7] 7
示例 2：
输入：nums = [1], k = 1
输出：[1]
提示：
1 <= nums.length <= 105
-104 <= nums[i] <= 104
1 <= k <= nums.length

class Solution {// 使用双端队列class Myduque{public:deque<int> dq;void mypop(int val){if(!dq.empty()&&val==dq.front()){dq.pop_front();}}void mypush(int val){while(!dq.empty()&&val>dq.back()){dq.pop_back();}// 添加队列dq.push_back(val);}int getMax(){return dq.front();}};
public:vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {// 定义结果列表vector<int> result;Myduque Mydq;// 现将前k个元素添加到队列for(int i=0;i<k;i++){Mydq.mypush(nums[i]);}// 添加结果result.push_back(Mydq.getMax());for(int i=k;i<nums.size();i++){// 添加一个Mydq.mypush(nums[i]);// 弹出一个Mydq.mypop(nums[i-k]);// 结果添加到列表result.push_back(Mydq.getMax());}return result;}
};

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七、前 K 个高频元素（力扣347）

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ，请你返回其中出现频率前 k 高的元素。你可以按 任意顺序 返回答案。
示例 1:
输入: nums = [1,1,1,2,2,3], k = 2
输出: [1,2]
示例 2:
输入: nums = [1], k = 1
输出: [1]
提示：
1 <= nums.length <= 105
k 的取值范围是 [1, 数组中不相同的元素的个数]
题目数据保证答案唯一，换句话说，数组中前 k 个高频元素的集合是唯一的
进阶：你所设计算法的时间复杂度 必须 优于 O(n log n) ，其中 n 是数组大小。

class Solution {class Mycompare{public:bool operator()(const pair<int,int> &left,const pair<int,int> &right){return left.second>right.second;}};
public:vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {// 结果数组vector<int> result;// 使用map存储unordered_map<int,int> Mymap;// 统计每个元素出现的次数for(int i=0;i<nums.size();i++){Mymap[nums[i]]++;}// for(unordered_map<int,int>::iterator it=Mymap.begin();it!=Mymap.end();it++){//     cout<<(*it).first<<":"<<(*it).second<<endl;// }// 使用小顶堆筛选出出现次数最多的k个priority_queue<pair<int,int>,vector<pair<int,int>>,Mycompare> smallQueue;// 遍历map，添加到优先队列中for(unordered_map<int,int>::iterator it=Mymap.begin();it!=Mymap.end();it++){smallQueue.push(*it);if(smallQueue.size()>k){smallQueue.pop();}}// 获取最终的结果while(!smallQueue.empty()){result.push_back(smallQueue.top().first);smallQueue.pop();}return result;}
};

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