算法与数据结构学习笔记：栈和队列

本文最后更新于：May 6, 2022 pm

简介

栈的特点是后入先出，根据这个特点可以临时保存一些数据，之后用到依次再弹出来，常用于 DFS 深度搜索

队列一般常用于 BFS 广度搜索，类似一层一层的搜索

栈

155. 最小栈

设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

push(x) —— 将元素 x 推入栈中。
pop() —— 删除栈顶的元素。
top() —— 获取栈顶元素。
getMin() —— 检索栈中的最小元素。

辅助栈
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class MinStack {
public:
    /** initialize your data structure here. */
    stack<int> minStack;
    stack<int> dataStack;
    MinStack() {
       minStack.push(INT_MAX);
        
    }
    
    void push(int x) {
        dataStack.push(x);
        minStack.push(min(minStack.top(),x));
    }
    
    void pop() {
        minStack.pop();
        dataStack.pop();
        
        
    }
    
    int top() {
        return dataStack.top();
        
    }
    
    int getMin() {
        return minStack.top();
    }
};

/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * MinStack* obj = new MinStack();
 * obj->push(x);
 * obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * int param_4 = obj->getMin();
 */

150. 逆波兰表达式求值

根据 逆波兰表示法，求表达式的值。

有效的运算符包括 +, -, *, / 。每个运算对象可以是整数，也可以是另一个逆波兰表达式。

思路：通过栈保存原来的元素，遇到表达式弹出运算，再推入结果，重复这个过程

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class Solution {
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        if(tokens.empty())
            return 0;
        stack<int> st;
        for(int i=0;i<tokens.size();i++)
        {
            if(tokens[i]=="+"||tokens[i]=="-"||tokens[i]=="*"||tokens[i]=="/")
                {
                  
                    if(st.size()<2)
                        return -1;
                    auto b=st.top();
                    st.pop();
                    auto a=st.top();
                    st.pop();
                    int res;
                    switch(tokens[i][0])
                    {
                        case '+':
                            res=a+b;                           
                            break;
                        case '-':
                            res=a-b;
                            break;
                        case '*':
                            res=a*b;
                            break;
                        case '/':
                            res=a/b;
                            break;
                    }
                    st.push(res);
                }
            else
            {
                st.push(atoi(tokens[i].c_str()));

            }
        }
        return st.top();

    }
};

394. 字符串解码

给定一个经过编码的字符串，返回它解码后的字符串。

编码规则为: k[encoded_string]，表示其中方括号内部的 encoded_string 正好重复 k 次。注意 k 保证为正整数。

你可以认为输入字符串总是有效的；输入字符串中没有额外的空格，且输入的方括号总是符合格式要求的。

此外，你可以认为原始数据不包含数字，所有的数字只表示重复的次数 k ，例如不会出现像 3a 或 2[4] 的输入。

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class Solution {
public:
    string decodeString(string s) {
        stack<int> nums;
        stack<string> strs;
        string res="";
        int num=0;
        for(int i=0;i<s.size();i++)
        {
            char ch=s[i];
            if(ch>='0'&&ch<='9')
            {
                //多位数情况处理
                num=num*10+ch-'0';

            }else if((ch >= 'a' && ch <= 'z') ||(ch >= 'A' && ch <= 'Z'))
            {
                res+=ch;

            }
            else if(ch=='[')
            {
                nums.push(num);
                num=0;
                strs.push(res);
                res="";
            }
            else
            {
                int j=nums.top();
                nums.pop();
                while(j--)
                {
                    strs.top()+=res;
                }
                res=strs.top();
                //之后若还是字母，就会直接加到res之后，因为它们是同一级的运算
                //若是左括号，res会被压入strs栈，作为上一层的运算
                strs.pop();
            }
            
        }
        return res;

    }
};

94. 二叉树的中序遍历

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:   
   
    vector<int> inorderTraversal(TreeNode* root) {
        vector<int>ans;
        if(root==NULL)
            return ans;       
        stack<TreeNode*> st;
        auto cur=root;
        while(cur!=NULL||!st.empty())
        {
            while(cur!=NULL)
            {
                st.push(cur);
                cur=cur->left;
            }
            cur=st.top();
            st.pop();
            ans.push_back(cur->val);
            cur=cur->right;

        }
        return ans;
         
       
    }
};

133. 克隆图

给你无向 连通 图中一个节点的引用，请你返回该图的 深拷贝（克隆）。

图中的每个节点都包含它的值 val（int） 和其邻居的列表（list[Node]）。

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class Node {
 public int val;
 public List<Node> neighbors;
}
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/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    vector<Node*> neighbors;
    
    Node() {
        val = 0;
        neighbors = vector<Node*>();
    }
    
    Node(int _val) {
        val = _val;
        neighbors = vector<Node*>();
    }
    
    Node(int _val, vector<Node*> _neighbors) {
        val = _val;
        neighbors = _neighbors;
    }
};
*/

class Solution {
public:
    unordered_map<Node*,Node*> mp;
    Node* cloneGraph(Node* node) {
        if(node==NULL)
            return node;
        if(mp.count(node))
            return mp[node];
        const auto newnode=new Node(node->val);
        mp[node]=newnode;
        for(auto n:node->neighbors)
        {
            mp[node]->neighbors.push_back(cloneGraph(n));
        }
        return mp[node];
        
    }
};

200. 岛屿数量

给你一个由 ‘1’（陆地）和 ‘0’（水）组成的的二维网格，请你计算网格中岛屿的数量。

岛屿总是被水包围，并且每座岛屿只能由水平方向或竖直方向上相邻的陆地连接形成。

此外，你可以假设该网格的四条边均被水包围。

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class Solution {
public:
  int numIslands(vector<vector<char>>& grid) {
        int count = 0;
        for(int i = 0; i < grid.size(); i++){
            for(int j = 0; j < grid[0].size(); j++){
                if(grid[i][j] == '1'){
                    dfs(grid, i, j);
                    count++;
                }
            }
        }

        return count;
   }
   void dfs(vector<vector<char>>& grid, int i, int j){
       if(i < 0 || i >= grid.size() || j < 0 || j >= grid[0].size() || grid[i][j] != '1'){
           return;
       }

       grid[i][j] = '2';
       dfs(grid, i + 1, j);
       dfs(grid, i - 1, j);
       dfs(grid, i, j + 1);
       dfs(grid, i, j - 1);
   }
};

84. 柱状图中最大的矩形

队列

232. 用栈实现队列

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class MyQueue {
public:
    stack<int> s1,s2;
    int front;
    /** Initialize your data structure here. */
    MyQueue() {

    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    void push(int x) {
        if(s1.empty())
            front=x;
        s1.push(x);

    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    int pop() {
        if(s2.empty())
        {
            while(!s1.empty())
            {
                s2.push(s1.top());
                s1.pop();
            }
        }
        int ret =s2.top();
        s2.pop();
        return ret;

    }
    
    /** Get the front element. */
    int peek() {
        if(!s2.empty())
        {
            return s2.top();
        }
        return front;

    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    bool empty() {
        if(s1.empty()&&s2.empty())
        {
            return true;

        }
        else
        {
            return false;
        }

    }
};

/**
 * 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();
 */

102. 二叉树的层序遍历

给你一个二叉树，请你返回其按 层序遍历 得到的节点值。 （即逐层地，从左到右访问所有节点）。

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/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *     int val;
 *     TreeNode *left;
 *     TreeNode *right;
 *     TreeNode(int x) : val(x), left(NULL), right(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) {
        vector<vector<int>> res;
        if(root==NULL)
            return res;
        queue<TreeNode *> q;
        q.push(root);
        while(!q.empty())
        {
           int currentLevelSize=q.size();
           vector<int> level;
           for(int i=0;i<currentLevelSize;i++)
           {
                auto cur=q.front();
                level.push_back(cur->val);
                q.pop();
                if(cur->left)
                    q.push(cur->left);
                if(cur->right)
                    q.push(cur->right);               
           }
           res.push_back(level);
        }
        return res;
        
    }
};

542. 01 矩阵