LeetCode刷题:栈和队列

用栈实现队列

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。

https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks

思路

1
1.使用了两个栈 stk1 和 stk2,其中 stk1 用于存储队列中的元素,stk2 用于辅助实现队列的 pop() 和 peek() 操作

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
class MyQueue {
Stack<Integer> stk1, stk2;

/** Initialize your data structure here. */
public MyQueue() {
// 初始化两个栈
stk1 = new Stack<>();
stk2 = new Stack<>();
}

/** Push element x to the back of queue. */
public void push(int x) {
// 将元素压入 stk1 栈中
stk1.push(x);
}

/** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
public int pop() {
// 如果 stk2 栈为空,则将 stk1 中的元素依次弹出并压入 stk2 栈中
if (stk2.isEmpty()) {
while(!stk1.isEmpty()){
int top = stk1.pop();
stk2.push(top);
}
}
// 从 stk2 栈中弹出队首元素
int result = stk2.pop();
// 将 stk2 中的元素再次依次弹出并压入 stk1 栈中,以保持栈的状态不变
while(!stk2.isEmpty()){
int top = stk2.pop();
stk1.push(top);
}
// 返回队首元素
return result;
}

/** Get the front element. */
public int peek() {
// 如果 stk2 栈为空,则将 stk1 中的元素依次弹出并压入 stk2 栈中
if (stk2.isEmpty()) {
while(!stk1.isEmpty()){
int top = stk1.pop();
stk2.push(top);
}
}
// 获取 stk2 栈的栈顶元素
int result = stk2.peek();
// 将 stk2 中的元素再次依次弹出并压入 stk1 栈中,以保持栈的状态不变
while(!stk2.isEmpty()){
int top = stk2.pop();
stk1.push(top);
}
// 返回队首元素
return result;
}

/** Returns whether the queue is empty. */
public boolean empty() {
// 判断 stk1 是否为空即可
return stk1.isEmpty();
}
}

用队列实现栈

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。

https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues

思路

1
1.使用了两个队列 que1 和 que2 来实现栈。在每一次执行 push() 操作时,我们先将新元素 x 添加到 que2 队列中,然后将 que1 中的所有元素依次添加到 que2 队列中,这样可以保证 que2 队列中的元素是按照后进先出的顺序排列的。接着,我们再将 que2 中的所有元素依次添加回到 que1 队列中,这样就实现了栈的状态

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
class MyStack {
// 定义两个队列
Queue<Integer> que1, que2;

public MyStack() {
// 初始化队列
que1 = new LinkedList<>();
que2 = new LinkedList<>();
}

public void push(int x) {
// 将元素添加到 que2 队列中
que2.add(x);
// 将 que1 中的元素依次添加到 que2 队列中
while (!que1.isEmpty()) {
que2.add(que1.remove());
}
// 将 que2 中的元素依次添加到 que1 队列中,从而维持栈的状态
while (!que2.isEmpty()) {
que1.add(que2.remove());
}
}

public int pop() {
// 直接从 que1 队列中删除并返回队首元素即可
return que1.remove();
}

public int top() {
// 返回 que1 队列的队首元素即可
return que1.peek();
}

public boolean empty() {
// 判断 que1 是否为空即可
return que1.isEmpty();
}
}

有效的括号

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。

https://leetcode.cn/problems/valid-parentheses

思路

1
2
1.遍历字符串,遇到左括号入栈,遇到右括号查看与栈顶元素是否匹配
2.字符串长度为奇数肯定false,处理右括号时栈空肯定false,最后栈不空肯定false

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
public boolean isValid(String s) {
// 如果字符串长度为奇数,一定不是有效的括号序列
if(s.length()%2==1) return false;
// 创建一个栈来保存左括号
Stack<Character> stk=new Stack<>();
char[] arr=s.toCharArray();
// 遍历字符串中的每一个字符
for(char c : arr){
// 如果遇到左括号,将其入栈
if(c=='(' || c=='{' || c=='['){
stk.push(c);
}
// 如果遇到右括号
else{
// 如果栈为空,说明没有与之匹配的左括号,返回 false
if(stk.isEmpty()) return false;
// 取出栈顶元素
char top=stk.peek();
// 如果右括号与栈顶元素匹配,将栈顶元素弹出
if(top=='(' && c==')' || top=='{' && c=='}' || top=='[' && c==']'){
stk.pop();
}
// 如果右括号与栈顶元素不匹配,返回 false
else return false;
}
}
// 如果栈为空,说明所有的左括号都有与之匹配的右括号,是一个有效的括号序列,返回 true,否则返回 false
if(stk.isEmpty()) return true;
else return false;
}

删除字符串中的所有相邻重复项

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

1
2
3
4
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"

https://leetcode.cn/problems/remove-all-adjacent-duplicates-in-string

思路

1
2
3
1.遍历字符串,如果当前字符与站定元素相同,pop
2.new一个栈size大小的char[],循环pop栈顶元素,从数组末尾开始放
3.把字符数组转为String,使用构造函数new String(arr)

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
public String removeDuplicates(String s) {
// 创建一个栈来保存字符
Stack<Character> stk=new Stack<>();
char[] arr=s.toCharArray();
// 遍历字符串中的每一个字符
for(char c : arr){
// 如果栈不为空,且当前字符与栈顶元素相同,将栈顶元素弹出
if(!stk.isEmpty() && stk.peek()==c){
stk.pop();
}
// 否则,将当前字符入栈
else{
stk.push(c);
}
}
// 将栈中的元素依次弹出,放入一个字符数组中
char[] result=new char[stk.size()];
int index=stk.size()-1;
while(!stk.isEmpty()){
result[index--]=stk.pop();
}
// 将字符数组转换为字符串并返回
return new String(result);
}

逆波兰表达式求值(后缀转中缀)

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
2
3
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

https://leetcode.cn/problems/evaluate-reverse-polish-notation

思路

1
1.遍历字符串数组,遇到数字入栈,遇到操作符弹出两个操作数处理后入栈。

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
public int evalRPN(String[] tokens) {
// 创建一个栈来保存操作数和中间计算结果
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
// 遍历字符串数组中的每一个元素
for (String token : tokens) {
// 如果当前元素是操作符,则从栈中弹出两个操作数进行计算,并将结果压入栈中
if ("+-*/".contains(token)) {
int b = stack.pop();
int a = stack.pop();
switch (token) {
case "+":
stack.push(a + b);
break;
case "-":
stack.push(a - b);
break;
case "*":
stack.push(a * b);
break;
case "/":
stack.push(a / b);
break;
}
} else {
// 如果当前元素不是操作符,则将其作为操作数压入栈中
stack.push(Integer.parseInt(token));
}
}
// 栈中最后剩下的元素就是计算结果,将其返回
return stack.pop();
}

滑动窗口最大值

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
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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

https://leetcode.cn/problems/sliding-window-maximum

思路

1
2
3
4
1.创建了一个双端队列 deque,用于维护滑动窗口中的元素。同时,我们创建了一个长度为 n - k + 1 的数组 result,用于存储每个滑动窗口中的最大值
2.将队列中比当前元素小的元素都删除,并将当前元素加入队列中。
3.判断队列头部的元素是否已经不在滑动窗口中,如果是,就将其从队列中删除。这样,队列头部的元素就始终是当前滑动窗口中的最大值。
4.判断当前滑动窗口的大小是否为 k。如果是,就将队列头部的元素加入结果数组中。

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
public int[] maxSlidingWindow(int[] nums, int k) {
int n = nums.length;
Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();
int[] result = new int[n - k + 1];
int idx = 0;
for (int i = 0; i < n; i++) {
// 将队列中比当前元素小的元素都删除
while (!deque.isEmpty() && deque.peekLast() < nums[i]) {
deque.removeLast();
}
deque.addLast(nums[i]);
// 如果队列头部的元素已经不在滑动窗口中,将其删除
if (i >= k && deque.peekFirst() == nums[i - k]) {
deque.removeFirst();
}
// 如果当前滑动窗口的大小为 k,将队列头部的元素加入结果数组中
if (i >= k - 1) {
result[idx++] = deque.peekFirst();
}
}
return result;
}

前 K 个高频元素

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。

https://leetcode.cn/problems/top-k-frequent-elements/

思路

1
2
3
1.使用 HashMap 统计每个元素出现的次数,元素为键,出现次数为值。
2.创建一个 PriorityQueue(优先队列),用于存储出现频率前 k 高的元素。在 PriorityQueue 中,元素按照出现次数从大到小排序,因此它是一个大顶堆。遍历 HashMap,将每个键值对转化为 Map.Entry,并将其加入 PriorityQueue 中。如果 PriorityQueue 的大小超过了 k,就将其中出现次数最小的元素移除。
3.将 PriorityQueue 中前 k 个元素取出并存入结果数组中。由于 PriorityQueue 是一个大顶堆,取出的元素是按照出现次数从大到小排序的,因此结果数组中的元素是按照出现频率从高到低排序的。

代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
public int[] topKFrequent(int[] nums, int k) {
// 创建一个长度为 k 的数组,用于存储出现频率前 k 高的元素
int[] result = new int[k];
// 创建一个 HashMap,用于统计每个元素出现的次数
HashMap<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
for (int num : nums) {
// 统计每个元素出现的次数
map.put(num, map.getOrDefault(num, 0) + 1);
}

// 将 map 中的元素转化为 set,便于遍历
Set<Map.Entry<Integer, Integer>> entries = map.entrySet();
// 创建一个 PriorityQueue(优先队列),用于存储出现频率前 k 高的元素
// PriorityQueue 是一个优先队列,可以自动将元素按照一定规则进行排序
// 在这里,我们将 PriorityQueue 中的元素按照出现次数从大到小排序,因此它是一个大顶堆
PriorityQueue<Map.Entry<Integer, Integer>> queue = new PriorityQueue<>((o1, o2) -> o2.getValue() - o1.getValue());
// 遍历 entries,将每个元素加入 PriorityQueue 中
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : entries) {
queue.offer(entry);
}
// 将 PriorityQueue 中前 k 个元素取出并存入 result 数组中
for (int i = k - 1; i >= 0; i--) {
result[i] = queue.poll().getKey();
}
// 返回出现频率前 k 高的元素
return result;
}

LeetCode刷题:栈和队列
https://xinhaojin.github.io/2023/05/20/LeetCode刷题:栈和队列/
作者
xinhaojin
发布于
2023年5月20日
许可协议