Leetcode Practice --- 栈和队列

目录

• 155. 最小栈
  • 思路解析
• 20. 有效的括号
  • 思路解析
• 1047. 删除字符串中的所有相邻重复项
  • 思路解析
• 1209. 删除字符串中的所有相邻重复项 II
  • 思路解析
  • 删除字符串中出现次数 >= 2 次的相邻字符
• 剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列
• 239. 滑动窗口最大值
  • 思路解析

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。

实现 MinStack 类:

• MinStack() 初始化堆栈对象。
• void push(int val) 将元素val推入堆栈。
• void pop() 删除堆栈顶部的元素。
• int top() 获取堆栈顶部的元素。
• int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

提示：

• \(-2^{31}\) <= val <= \(2^{31}\) - 1

• pop、top 和 getMin 操作总是在 非空栈 上调用

• push, pop, top, and getMin最多被调用 \(3 * 10^4\) 次

• 思路解析

因为会不断的入栈和出栈，那就要保证，不论入栈还是出栈，我时刻知道，到栈中当前位置的最小值是谁。

["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]

对于上述输入，-2入栈时，最小值是-2，0入栈是，最小值是-2，-3入栈是最小值是-3

也就是我需要两个栈，一个栈用于存储元素，完成元素的push和pop操作；一个栈用于存储当前最小值，如果最小值更新就存入最小栈。

class MinStack {
public:
    MinStack() {
    }
    void push(int val) {
        if (val <= getMin()) {
            minStack.emplace(val);
        }
        valStack.emplace(val);
    }
    void pop() {
        if (valStack.empty()) {
            return;
        }
        int ret = valStack.top();
        valStack.pop();
        if (ret == getMin()) {
            minStack.pop();
        }
    }
    int top() {
        return valStack.top();
    }
    int getMin() {
        if (minStack.empty()) {
            return INT_MAX;
        }
        return minStack.top();
    }
private:
    stack<int> valStack;
    stack<int> minStack;
};

20. 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。

• 思路解析

将匹配项做一个map单独存储，这样子有更好的扩展性。

遇到左括号就入栈，遇到右括号，判断是否与栈顶元素配对，配上就出栈，否则就返回false。

class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
        stack<char> bracketsStack;
        for (auto &iter : s) {
            // 遇到左括号就入栈，遇到右括号，判断栈顶是否为其对应的左括号，如果是则出栈
            if (typeMap.count(iter) != 0) {
                bracketsStack.emplace(iter);
            } else {
                if (bracketsStack.empty() || iter != typeMap[bracketsStack.top()]) {
                    return false;
                }
                bracketsStack.pop();
            }
        }
        if (bracketsStack.empty()) {
            return true;
        }
        return false;
    }
private:
    unordered_map<char, char> typeMap = {
        {'(', ')'},
        {'[', ']'},
        {'{', '}'}
    };
};

1047. 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。

输入："abbaca"
输出："ca"
输入："abbbaca"
输出："abaca"

• 思路解析

string提供了两个操作

• front：访问第一个字符
• back：查询最后一个字符
• pop_back：弹出尾巴字符，实现：length - 1即可
• push_back：插入元素

string removeDuplicates(string s) {
    string res;
    for (auto &iter : s) {
        if (!res.empty() && iter == res.back()) {
            res.pop_back();
        } else {
            res.push_back(iter);
        }
    }
    return res;
}

1209. 删除字符串中的所有相邻重复项 II

给你一个字符串 s，「k 倍重复项删除操作」将会从 s 中选择 k 个相邻且相等的字母，并删除它们，使被删去的字符串的左侧和右侧连在一起。

你需要对 s 重复进行无限次这样的删除操作，直到无法继续为止。

在执行完所有删除操作后，返回最终得到的字符串。

输入：s = "deeedbbcccbdaa", k = 3
输出："aa"
解释：
先删除 "eee" 和 "ccc"，得到 "ddbbbdaa"
再删除 "bbb"，得到 "dddaa"
最后删除 "ddd"，得到 "aa"

• 思路解析

遍历到某个字符的时候，判断当前字符与栈顶字符是否相同

• 如果不同，则直接入栈并开始计数
• 如果相同，则判断当前栈顶元素累积了多少个该元素，如果累积的个数小于k-1，则继续累积，如果累积到了k-1个，当前又相同了，那么栈顶元素就可以弹出了。

string removeDuplicates(string s, int k) {
    stack<std::pair<char, int>> pairStack; // 每个元素存储当前的元素及有几个连续的值
    for (size_t i = 0; i < s.length(); i++) {
        if (!pairStack.empty() && pairStack.top().first == s[i]) {
            // 此时，看一下栈中是否已经有k-1个s[i]相同的元素，如果有，则pop出这k-1个，如果没有，则push进去
            if (pairStack.top().second == k - 1) {
                pairStack.pop();
            } else {
                pairStack.top().second++;
            }
        } else {
            pairStack.emplace(std::pair<char, int>(s[i], 1));
        }
    }
    string res;
    while(!pairStack.empty()) {
        while (pairStack.top().second-- > 0) {
            res += pairStack.top().first;
        }
        pairStack.pop();
    }
    reverse(res.begin(), res.end());
    return res;
}

删除字符串中出现次数 >= 2 次的相邻字符

第二次出现的时候，说明出现次数大于2了，这时候就可以删除了，同时跳过s中后续与当前字符相同的元素即可。

string removeDuplicates(string s, int k) {
    string res; // 每个元素存储当前的元素及有几个连续的值
    for (size_t i = 0; i < s.length(); ) {
        if (!res.empty() && res.back() == s[i]) {
            // 此时，说明已经出现过的字符第二次出现了
            char currChar = s[i];
            while(s[i] == currChar) {
                // 跳过s中其他相同的字符
                i++;
            }
            res.pop_back();
        } else {
            res.push_back(s[i]);
            i++;
        }
    }
    return res;
}

剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

用两个栈实现一个队列。队列的声明如下，请实现它的两个函数 appendTail 和 deleteHead ，分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素，deleteHead 操作返回 -1 )

class CQueue {
public:
    CQueue() {
    }
    void appendTail(int value) {
        stackIn.emplace(value);
    }
    int deleteHead() {
        if (stackOut.empty()) {
            while (!stackIn.empty()) {
                stackOut.emplace(stackIn.top());
                stackIn.pop();
            }
        }
        if (stackOut.empty()) {
            return -1;
        }
        auto ret = stackOut.top();
        stackOut.pop();
        return ret;
    }
private:
    stack<int> stackOut; // 输出栈，元素按照输入顺序的栈
    stack<int> stackIn; // 输入元素存放栈，与输入顺序相反的栈
};

239. 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 。

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

• 思路解析

假设窗口为[left, right]，那么只要nums[i]比nums[j]小，则nums[i]就不纳入考虑范围。所以，当right进入窗口的时候，前面比nums[right]小的元素统统可以移除考虑范围了；这样子，留下的元素是从大到小有序的。

因为我们要移除比当前元素小的元素，也要获取最大的元素作为当前窗口最大值，因此，可以使用双端队列来实现。

// 移除比当前元素小的所有元素,只留下比当前元素大的元素
while (!dQ.empty() && nums[i] >= nums[dQ.back()]) {
    dQ.pop_back();
}
// 获取当前窗口最大值,放入结果中
resVec.emplace_back(nums[dQ.front()]);
// 如果最大值应该要移除了，则移除
if (dQ.front() + k <= i) {
    dQ.pop_front();
}

完整的实现代码如下：

vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
    deque<int> dQ;
    for (size_t i = 0; i < k; i++) {
        // 当前队列中仅保留比当前元素大的元素的位置,队列中下标对应的元素由大到小
        while (!dQ.empty() && nums[i] >= nums[dQ.back()]) {
            dQ.pop_back();
        }
        dQ.emplace_back(i);
    }
    vector<int> resVec = {nums[dQ.front()]};
    for (size_t i = k; i < nums.size(); i++) {
        // 当前队列中仅保留比当前元素大的元素的位置
        while (!dQ.empty() && nums[i] >= nums[dQ.back()]) {
            dQ.pop_back();
        }
        dQ.emplace_back(i);
        if (dQ.front() <= i - k) {
            dQ.pop_front();
        }
        resVec.emplace_back(nums[dQ.front()]);
    }
    return resVec;
}

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