我在代码随想录|写代码Day12之栈-.栈理论基础,232.用栈实现队列,225. 用队列实现栈,20. 有效的括号,1047. 删除字符串中的所有相邻重复项

发布时间：2024年01月22日

学习目标：

博主介绍: 27dCnc
专题 : 数据结构帮助小白快速入门
👍👍👍👍👍👍👍👍👍👍👍👍
☆*: .｡. o(≧▽≦)o .｡.:*☆

主题: 栈

今日份打卡

代码随想录-栈

学习内容：

栈理论基础
用栈实现队列
用队列实现栈
有效的括号
删除字符串中的所有相邻重复项

1.栈理论基础

思考:

C++中stack 是容器么？
我们使用的stack是属于哪个版本的STL？
我们使用的STL中stack是如何实现的？
stack 提供迭代器来遍历stack空间么？

首先大家要知道栈和队列是STL（C++标准库）里面的两个数据结构。

C++标准库是有多个版本的，要知道我们使用的STL是哪个版本，才能知道对应的栈和队列的实现原理。

那么来介绍一下，三个最为普遍的STL版本：

HP STL 其他版本的C++ STL，一般是以HP STL为蓝本实现出来的，HP STL是C++ STL的第一个实现版本，而且开放源代码。

P.J.Plauger STL 由P.J.Plauger参照HP STL实现出来的，被Visual C++编译器所采用，不是开源的。

SGI STL 由Silicon Graphics Computer Systems公司参照HP STL实现，被Linux的C++编译器GCC所采用，SGI STL是开源软件，源码可读性甚高。

接下来介绍的栈和队列也是SGI STL里面的数据结构，知道了使用版本，才知道对应的底层实现。

来说一说栈，栈先进后出，如图所示：

栈的实现

栈提供push 和 pop 等等接口，所有元素必须符合先进后出规则，所以栈不提供走访功能，也不提供迭代器(iterator)。不像是set 或者map 提供迭代器iterator来遍历所有元素。

栈是以底层容器完成其所有的工作，对外提供统一的接口，底层容器是可插拔的（也就是说我们可以控制使用哪种容器来实现栈的功能）。

所以STL中栈往往不被归类为容器，而被归类为container adapter（容器适配器）。

那么问题来了，STL 中栈是用什么容器实现的？

从下图中可以看出，栈的内部结构，栈的底层实现可以是vector，deque，list 都是可以的，主要就是数组和链表的底层实现。

我们常用的SGI STL，如果没有指定底层实现的话，默认是以deque为缺省情况下栈的底层结构。

deque是一个双向队列，只要封住一段，只开通另一端就可以实现栈的逻辑了。

SGI STL中队列底层实现缺省情况下一样使用deque实现的。

232.用栈实现队列

题目
232.用栈实现队列

使用栈实现队列的下列操作：

push(x) – 将一个元素放入队列的尾部。
pop() – 从队列首部移除元素。
peek() – 返回队列首部的元素。
empty() – 返回队列是否为空。
代码

class MyQueue {
public:
    MyQueue() {

    }
    
    void push(int x) {
        s.push(x);
    }
    
    int pop() {
        if(t.empty()&&s.empty()) return -1;
        if(!t.empty()){//这里s改为t
            int result = t.top();
            t.pop();
            return result;
        }else{
            while(!s.empty()){
                t.push(s.top());//将t的栈顶元素出队列
                s.pop();//输出s的元素
            }
            int result = t.top();
            t.pop();
            return result;
        }
    }
    
    int peek() {
        if(t.empty()&&s.empty()) return -1;
        if(!t.empty()){
           return t.top();
        }else{
            while(!s.empty()){
                t.push(s.top());
                s.pop();
            }
            return t.top();
        }
    }
    
    bool empty() {
        if(t.empty()&&s.empty()) return -1;
        else return 0;
    }
    private:
        stack<int> s;
        stack<int> t;
};

/**
 * 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();
 */
/**
 * 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();
 */

思路 :
这是一道模拟题，不涉及到具体算法，考察的就是对栈和队列的掌握程度。
使用栈来模式队列的行为，如果仅仅用一个栈，是一定不行的，所以需要两个栈一个输入栈，一个输出栈，这里要注意输入栈和输出栈的关系。

队列思想

意思就是将元素放在s栈中等到要出队列的时候在移动到t栈中

其他语言
Python

class MyQueue:

    def __init__(self):
        """
        in主要负责push，out主要负责pop
        """
        self.stack_in = []
        self.stack_out = []


    def push(self, x: int) -> None:
        """
        有新元素进来，就往in里面push
        """
        self.stack_in.append(x)


    def pop(self) -> int:
        """
        Removes the element from in front of queue and returns that element.
        """
        if self.empty():
            return None
        
        if self.stack_out:
            return self.stack_out.pop()
        else:
            for i in range(len(self.stack_in)):
                self.stack_out.append(self.stack_in.pop())
            return self.stack_out.pop()


    def peek(self) -> int:
        """
        Get the front element.
        """
        ans = self.pop()
        self.stack_out.append(ans)
        return ans


    def empty(self) -> bool:
        """
        只要in或者out有元素，说明队列不为空
        """
        return not (self.stack_in or self.stack_out)

Java

class MyQueue {

    Stack<Integer> stackIn;
    Stack<Integer> stackOut;

    /** Initialize your data structure here. */
    public MyQueue() {
        stackIn = new Stack<>(); // 负责进栈
        stackOut = new Stack<>(); // 负责出栈
    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    public void push(int x) {
        stackIn.push(x);
    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    public int pop() {    
        dumpstackIn();
        return stackOut.pop();
    }
    
    /** Get the front element. */
    public int peek() {
        dumpstackIn();
        return stackOut.peek();
    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    public boolean empty() {
        return stackIn.isEmpty() && stackOut.isEmpty();
    }

    // 如果stackOut为空，那么将stackIn中的元素全部放到stackOut中
    private void dumpstackIn(){
        if (!stackOut.isEmpty()) return; 
        while (!stackIn.isEmpty()){
                stackOut.push(stackIn.pop());
        }
    }
}

type MyQueue struct {
    stackIn  []int //输入栈
    stackOut []int //输出栈
}

func Constructor() MyQueue {
    return MyQueue{
        stackIn:  make([]int, 0),
        stackOut: make([]int, 0),
    }
}

// 往输入栈做push
func (this *MyQueue) Push(x int) {
    this.stackIn = append(this.stackIn, x)
}

// 在输出栈做pop，pop时如果输出栈数据为空，需要将输入栈全部数据导入，如果非空，则可直接使用
func (this *MyQueue) Pop() int {
    inLen, outLen := len(this.stackIn), len(this.stackOut)
    if outLen == 0 {
        if inLen == 0 {
            return -1
        }
        for i := inLen - 1; i >= 0; i-- {
            this.stackOut = append(this.stackOut, this.stackIn[i])
        }
        this.stackIn = []int{}      //导出后清空
        outLen = len(this.stackOut) //更新长度值
    }
    val := this.stackOut[outLen-1]
    this.stackOut = this.stackOut[:outLen-1]
    return val
}

func (this *MyQueue) Peek() int {
    val := this.Pop()
    if val == -1 {
        return -1
    }
    this.stackOut = append(this.stackOut, val)
    return val
}

func (this *MyQueue) Empty() bool {
    return len(this.stackIn) == 0 && len(this.stackOut) == 0
}

225. 用队列实现栈

题目
225. 用队列实现栈

代码

class MyStack {
public:
    MyStack(){

    }
    void push(int x){
        s.push(x);
    }
    //问题是怎么样在第一个队列放一个元素
    //让元素始终在一个队列中
    int pop(){
        int size = s.size();//通过队列长度确定->可以让队列剩下一个元素
        size--;//留出一个元素空位
        while(size--){
            t.push(s.front());//这里将元素放在t队列中
            s.pop();
        }
        int result = s.front();
        s.pop();//这个时候s为空格
        s = t;//为什么要讲t赋值给s=>让元素始终在一个栈中?
        //这里让元素位置复原
        while(!t.empty()) {
            t.pop();
        }
        return result;
    }
    
    int top(){
        return s.back();//返回队尾元素
    }
    bool empty(){
        return s.empty();
    }
    private:
        queue<int>s;
        queue<int>t;
};

/**
 * 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();
 */

使用队列实现栈的下列操作：

push(x) – 元素 x 入栈
pop() – 移除栈顶元素
top() – 获取栈顶元素
empty() – 返回栈是否为空

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 这些操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持队列。你可以使用 list 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。
你可以假设所有操作都是有效的（例如, 对一个空的栈不会调用 pop 或者 top 操作）

图解
队列模拟栈

图片解释

一个数据入栈就是将元素放在一个队列中
然后出栈的时候将元素放在另一个队列中
3.一个用于进元素一个用于出元素

总结

面对栈模拟队列 和 队列模拟栈 都有一个通用思考方式
一个队列模拟进栈一个元素模拟出栈
一个栈模拟进队一个模拟出队

优化

其实这道题目就是用一个队列就够了。
一个队列在模拟栈弹出元素的时候只要将队列头部的元素（除了最后一个元素外）重新添加到队列尾部，此时再去弹出元素就是栈的顺序了。

优化代码

class MyStack {
public:
    queue<int> que;
    /*第1层*/
    MyStack() {
    
    }
    /*第2层*/
    void push(int x) {
        que.push(x);
    }
    /**第3层**/
    int pop() {
        int size = que.size();
        size--;
        while (size--) { // 将队列头部的元素（除了最后一个元素外） 重新添加到队列尾部
            que.push(que.front());
            que.pop();
        }
        int result = que.front(); // 此时弹出的元素顺序就是栈的顺序了
        que.pop();
        return result;
    }

    /**第4层*/
    int top() {
        return que.back();
    }

    /**第5层*/
    bool empty() {
        return que.empty();
    }
};

其他版本
Python

from collections import deque

class MyStack:

    def __init__(self):
        """
        Python普通的Queue或SimpleQueue没有类似于peek的功能
        也无法用索引访问，在实现top的时候较为困难。

        用list可以，但是在使用pop(0)的时候时间复杂度为O(n)
        因此这里使用双向队列，我们保证只执行popleft()和append()，因为deque可以用索引访问，可以实现和peek相似的功能

        in - 存所有数据
        out - 仅在pop的时候会用到
        """
        self.queue_in = deque()
        self.queue_out = deque()

    def push(self, x: int) -> None:
        """
        直接append即可
        """
        self.queue_in.append(x)


    def pop(self) -> int:
        """
        1. 首先确认不空
        2. 因为队列的特殊性，FIFO，所以我们只有在pop()的时候才会使用queue_out
        3. 先把queue_in中的所有元素（除了最后一个），依次出列放进queue_out
        4. 交换in和out，此时out里只有一个元素
        5. 把out中的pop出来，即是原队列的最后一个
        
        tip：这不能像栈实现队列一样，因为另一个queue也是FIFO，如果执行pop()它不能像
        stack一样从另一个pop()，所以干脆in只用来存数据，pop()的时候两个进行交换
        """
        if self.empty():
            return None

        for i in range(len(self.queue_in) - 1):
            self.queue_out.append(self.queue_in.popleft())
        
        self.queue_in, self.queue_out = self.queue_out, self.queue_in    # 交换in和out，这也是为啥in只用来存
        return self.queue_out.popleft()

    def top(self) -> int:
        """
        写法一：
        1. 首先确认不空
        2. 我们仅有in会存放数据，所以返回第一个即可（这里实际上用到了栈）
        写法二：
        1. 首先确认不空
        2. 因为队列的特殊性，FIFO，所以我们只有在pop()的时候才会使用queue_out
        3. 先把queue_in中的所有元素（除了最后一个），依次出列放进queue_out
        4. 交换in和out，此时out里只有一个元素
        5. 把out中的pop出来，即是原队列的最后一个，并使用temp变量暂存
        6. 把temp追加到queue_in的末尾
        """
        # 写法一：
        # if self.empty():
        #     return None
        
        # return self.queue_in[-1]    # 这里实际上用到了栈，因为直接获取了queue_in的末尾元素

        # 写法二：
        if self.empty():
            return None

        for i in range(len(self.queue_in) - 1):
            self.queue_out.append(self.queue_in.popleft())
        
        self.queue_in, self.queue_out = self.queue_out, self.queue_in 
        temp = self.queue_out.popleft()   
        self.queue_in.append(temp)
        return temp


    def empty(self) -> bool:
        """
        因为只有in存了数据，只要判断in是不是有数即可
        """
        return len(self.queue_in) == 0

优化

class MyStack:

    def __init__(self):
        self.que = deque()

    def push(self, x: int) -> None:
        self.que.append(x)

    def pop(self) -> int:
        if self.empty():
            return None
        for i in range(len(self.que)-1):
            self.que.append(self.que.popleft())
        return self.que.popleft()

    def top(self) -> int:
        # 写法一：
        # if self.empty():
        #     return None
        # return self.que[-1]

        # 写法二：
        if self.empty():
            return None
        for i in range(len(self.que)-1):
            self.que.append(self.que.popleft())
        temp = self.que.popleft()
        self.que.append(temp)
        return temp

    def empty(self) -> bool:
        return not self.que

20. 有效的括号

题目
20. 有效的括号

题目分析
** 三种不匹配的情况**

第一种情况，字符串里左方向的括号多余了，所以不匹配。
第二种情况，括号没有多余，但是括号的类型没有匹配上。
第三种情况，字符串里右方向的括号多余了，所以不匹配。

动画如下：

第一种情况：已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false
第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有要匹配的字符。所以return false
第三种情况：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号return false

代码

class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
        if(s.size() % 2 != 0) { return false; }
        stack<char> t;
        for(int i = 0;i < s.size();i++) { 
            if(s[i] == '(') { t.push(')'); }
            else if(s[i] == '[') { t.push(']'); }
            else if(s[i] == '{') { t.push('}'); }
            else if(t.empty() || s[i] != t.top()) { return 0; }
            else { t.pop(); }
        }
        return t.empty();
    }
};

注释版

class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
        if (s.size() % 2 != 0) return false; // 如果s的长度为奇数，一定不符合要求
        stack<char> st;
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (s[i] == '(') st.push(')');
            else if (s[i] == '{') st.push('}');
            else if (s[i] == '[') st.push(']');
            // 第三种情况：遍历字符串匹配的过程中，栈已经为空了，没有匹配的字符了，说明右括号没有找到对应的左括号 return false
            // 第二种情况：遍历字符串匹配的过程中，发现栈里没有我们要匹配的字符。所以return false
            else if (st.empty() || st.top() != s[i]) return false;
            else st.pop(); // st.top() 与 s[i]相等，栈弹出元素
        }
        // 第一种情况：此时我们已经遍历完了字符串，但是栈不为空，说明有相应的左括号没有右括号来匹配，所以return false，否则就return true
        return st.empty();
    }
};

其他版本
Python

class Solution:
    def isValid(self, s: str) -> bool:
        stack = []
        
        for item in s:
            if item == '(':
                stack.append(')')
            elif item == '[':
                stack.append(']')
            elif item == '{':
                stack.append('}')
            elif not stack or stack[-1] != item:
                return False
            else:
                stack.pop()
        
        return True if not stack else False

Java

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        Deque<Character> deque = new LinkedList<>();
        char ch;
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            ch = s.charAt(i);
            //碰到左括号，就把相应的右括号入栈
            if (ch == '(') {
                deque.push(')');
            }else if (ch == '{') {
                deque.push('}');
            }else if (ch == '[') {
                deque.push(']');
            } else if (deque.isEmpty() || deque.peek() != ch) {
                return false;
            }else {//如果是右括号判断是否和栈顶元素匹配
                deque.pop();
            }
        }
        //最后判断栈中元素是否匹配
        return deque.isEmpty();
    }
}

1047. 删除字符串中的所有相邻重复项

题目
1047. 删除字符串中的所有相邻重复项
动图

代码

class Solution {
public:
    string removeDuplicates(string S) {
        stack<char> st;
        for (char s : S) {
            if (st.empty() || s != st.top()) {
                st.push(s);
            } else {
                st.pop(); // s 与 st.top()相等的情况
            }
        }
        string result = "";
        while (!st.empty()) { // 将栈中元素放到result字符串汇总
            result += st.top();
            st.pop();
        }
        reverse (result.begin(), result.end()); // 此时字符串需要反转一下
        return result;

    }
};

优化

class Solution {
public:
    string removeDuplicates(string S) {
        string result;
        for(char s : S) {
            if(result.empty() || result.back() != s) {
                result.push_back(s);
            }
            else {
                result.pop_back();
            }
        }
        return result;
    }
};

其他版本
Python

1

# 方法一，使用栈
class Solution:
    def removeDuplicates(self, s: str) -> str:
        res = list()
        for item in s:
            if res and res[-1] == item:
                res.pop()
            else:
                res.append(item)
        return "".join(res)  # 字符串拼接

2

# 方法二，使用双指针模拟栈，如果不让用栈可以作为备选方法。
class Solution:
    def removeDuplicates(self, s: str) -> str:
        res = list(s)
        slow = fast = 0
        length = len(res)

        while fast < length:
            # 如果一样直接换，不一样会把后面的填在slow的位置
            res[slow] = res[fast]
            
            # 如果发现和前一个一样，就退一格指针
            if slow > 0 and res[slow] == res[slow - 1]:
                slow -= 1
            else:
                slow += 1
            fast += 1
            
        return ''.join(res[0: slow])

Java

class Solution {
    public String removeDuplicates(String s) {
        char[] ch = s.toCharArray();
        int fast = 0;
        int slow = 0;
        while(fast < s.length()){
            // 直接用fast指针覆盖slow指针的值
            ch[slow] = ch[fast];
            // 遇到前后相同值的，就跳过，即slow指针后退一步，下次循环就可以直接被覆盖掉了
            if(slow > 0 && ch[slow] == ch[slow - 1]){
                slow--;
            }else{
                slow++;
            }
            fast++;
        }
        return new String(ch,0,slow);
    }
}

学习时间

周一至周五晚上 7 点—晚上9点
周六上午 9 点-上午 11 点
周日下午 3 点-下午 6 点

学习产出

技术笔记 2 遍
CSDN 技术博客 3 篇
习的 vlog 视频 1 个

🔥如果此文对你有帮助的话，欢迎💗关注、👍点赞、?收藏、??评论，支持一下博主~

文章来源:https://blog.csdn.net/2303_79299383/article/details/135741606
本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系我的编程经验分享网邮箱：chenni525@qq.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！