代码随想录Day 10 | 栈与队列Part 1

文章介绍了C++中栈和队列的基本函数,如top(),push(),pop(),size(),empty(),并讨论了如何使用两个栈模拟队列以及两个队列模拟栈的方法,解析了232题和225题的解题思路,强调了数据结构的灵活运用。


C++中栈和队列的基本函数

参考源

  • top():返回一个栈顶元素的引用。如果栈为空,返回值未定义。
  • push(const T& obj):可以将对象副本压入栈顶。这是通过调用底层容器的 push_back() 函数完成的。
  • push(T&& obj):以移动对象的方式将对象压入栈顶。这是通过调用底层容器的有右值引用参数的 push_back() 函数完成的。
  • pop():弹出栈顶元素(不返回元素)。
  • size():返回栈中元素的个数。
  • empty():在栈中没有元素的情况下返回 true。

队列

  • push、pop、size、empty方法的功能和栈类似,与栈不同的是队列可同时获取头尾元素值,方法为front()和back()。

232. 用栈实现队列

思路:使用两个栈分别实现数据的进和出,从而模拟队列“先进先出”的功能特性。

  • 这里pop()方法只弹出栈顶元素而不返回其值,因此不能直接写 stOut.push(stIn.pop()); 而是要先 stOut.push(stIn.top());stIn.pop();
  • 在实现peek()时的思路值得学习:直接调用现有的pop()方法,接住其返回值后再塞回去。

225. 用队列实现栈

思路:使用两个队列来模拟栈“后进先出”的功能特性。其中一个队列作为另一个的副本,从而在遍历元素时能够将整个的数据顺序保存下来。

  • 为了省去对哪个队列储存着当前队列的判断,总是使第一个队列储存当前元素。方法为在pop()结束后将第二个副本队列的元素赋给第一个队列(可以直接使用等号赋值 que1 = que2) 。
  • 在循环中判断当前队列是否为空时,比起每次迭代中调用queue.size()方法,直接定义一个size变量作为计数器可以减少开销。

优化思路:实际上使用一个队列就可以实现。方法为当pop时依次弹出队首元素并添加到队尾,直到pop掉最后一个元素。


### 关于队列数据结构解析 #### 双端队列 (Deque) 双端队列是一种特殊的数据结构,允许在两端高效地执行插入删除操作。Python 中的 `collections.deque` 提供了这种功能,其设计使得它非常适合处理需要频繁在一端或两端进行元素增删的操作场景[^1]。 以下是 `deque` 的一些常用方法及其作用: - **append(x)**: 将元素 x 添加到右端。 - **appendleft(x)**: 将元素 x 添加到左端。 - **pop()**: 移除并返回右端的元素。 - **popleft()**: 移除并返回左端的元素。 下面是一个简单的代码示例展示如何使用 `deque`: ```python from collections import deque dq = deque() dq.append(1) # 在右侧添加元素 1 dq.appendleft(2) # 在左侧添加元素 2 print(dq.popleft()) # 输出 2 并将其从左侧移除 print(dq.pop()) # 输出 1 并将其从右侧移除 ``` #### 队列 (Queue) 队列是一种遵循 FIFO(First In First Out,先进先出)原则的数据结构。标准库中的 STL 队列并不提供迭代器支持,因此无法像列表那样直接遍历其中的元素[^3]。然而,在实际编程中,我们通常会借助其他工具来实现更灵活的功能。 对于 C++ 而言,虽然 STL 队列不具备可迭代特性,但它可以通过底层容器(如 vector 或 list)间接访问内部存储的内容。而在 Python 中,则可以利用 `queue.Queue` 类或者继续沿用前面提到过的 `deque` 来模拟传统意义上的队列行为。 #### 映射表 (Map/Hash Map) 映射表也是一种重要的数据结构形式之一,主要用于建立键值对之间的关联关系。当面对查找频率较高的需求时尤为适用。例如在一个给定数组里统计各个数值出现次数的任务就可以通过哈希映射轻松解决[^2]。 这里给出一段基于 map 统计整数数组各元素频次的例子: ```cpp #include <iostream> #include <unordered_map> int main(){ int nums[] = {1, 2, 3, 2, 4}; std::unordered_map<int,int> freq; for(auto num : nums){ freq[num]++; } for(const auto& pair : freq){ std::cout << "Number:" << pair.first << ", Frequency:"<<pair.second<<std::endl; } } ``` 以上程序片段展示了如何运用 unordered_map 对一组数字进行快速有效的频率分析。 --- ### 总结 无论是作为基础构建模块还是高级算法的核心组件,理解这些基本概念以及它们之间相互转换的能力都是非常必要的。希望上述解释能够帮助您更好地掌握有关队列以及其他相关联的知识点!
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