代码随想录算法训练营第十天|150.逆波兰表达式求值、239.滑动窗口最大值、347.前K个高频元素

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150.逆波兰表达式求值
- 栈
239.滑动窗口最大值
- 解法一、暴力求解（部分用例会超时）
- 解法二、单调队列
347.前K个高频元素
- hash表+qosrt排序

150.逆波兰表达式求值

题目链接：150. 逆波兰表达式求值 - 力扣（LeetCode）
题目描述：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：

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

示例 2：

输入：tokens = ["4","13","5","/","+"]
输出：6
解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：(4 + (13 / 5)) = 6

示例 3：

输入：tokens = ["10","6","9","3","+","-11","*","/","*","17","+","5","+"]
输出：22
解释：该算式转化为常见的中缀算术表达式为：
  ((10 * (6 / ((9 + 3) * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / (12 * -11))) + 17) + 5
= ((10 * (6 / -132)) + 17) + 5
= ((10 * 0) + 17) + 5
= (0 + 17) + 5
= 17 + 5
= 22

提示：

1 <= tokens.length <= 104
tokens[i] 是一个算符（"+"、"-"、"*" 或 "/"），或是在范围 [-200, 200] 内的一个整数

逆波兰表达式：

逆波兰表达式是一种后缀表达式，所谓后缀就是指算符写在后面。

平常使用的算式则是一种中缀表达式，如 ( 1 + 2 ) * ( 3 + 4 ) 。
该算式的逆波兰表达式写法为 ( ( 1 2 + ) ( 3 4 + ) * ) 。

逆波兰表达式主要有以下两个优点：

去掉括号后表达式无歧义，上式即便写成 1 2 + 3 4 + * 也可以依据次序计算出正确结果。
适合用栈操作运算：遇到数字则入栈；遇到算符则取出栈顶两个数字进行计算，并将结果压入栈中

栈

遍历字符串数组，用栈存放操作数，当遇到符号时，从栈中弹出两个操作数，计算后放入栈中，直到遍历结束为止

#define  MAX_LEN 10001
int Op(int a,int b,char op){
    if(op=='+') return a+b;
    if(op=='-') return a-b;
    if(op=='*') return a*b;
    return a/b;
}
int evalRPN(char** tokens, int tokensSize) {
    int stack[MAX_LEN];
    int top=0;
    for(int i=0;i<tokensSize;i++){
        if(top>1&(strcmp(tokens[i],"+") == 0 || strcmp(tokens[i],"-") == 0 || strcmp(tokens[i],"*") == 0 ||strcmp(tokens[i],"/") == 0)){
            stack[top-2]=Op(stack[top-2],stack[top-1],tokens[i][0]);
            top--;
        }else{
            stack[top++]=strtol(tokens[i],NULL,0);   
        }
    }
    return stack[top-1];
}

239.滑动窗口最大值

题目链接：239. 滑动窗口最大值 - 力扣（LeetCode）
题目描述：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：

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

示例 2：

输入：nums = [1], k = 1
输出：[1]

提示：

1 <= nums.length <= 105
-104 <= nums[i] <= 104
1 <= k <= nums.length

解法一、暴力求解（部分用例会超时）

#define  MAX_LEN 100000
int* maxSlidingWindow(int* nums, int numsSize, int k, int* returnSize) {
    int *ans=(int*)malloc(sizeof(int)*MAX_LEN);
    int cnt=0;
    for(int i=k-1;i<numsSize;i++){
        int max = -10001;
        for(int j=i-k+1;j<=i;j++){
            max = nums[j]>max?nums[j]:max;
        }
        ans[cnt++]=max;
    }
    *returnSize =cnt;
    return ans;
}

解法二、单调队列

设置一个单调递减的双端队列，队头元素始终存放窗口内的最大值。
如何维护单调队列配合滑动窗口移动？

pop(value)：如果窗口移除的元素value等于单调队列的出口元素，那么队列弹出元素，否则不用任何操作
push(value)：如果push的元素value大于入口元素的数值，那么就将队列入口的元素弹出，直到push元素的数值小于等于队列入口元素的数值为止

这样队头元素始终是当前窗口的最大值。
为了方便判断队首元素与滑动窗口的位置关系，队列中保存的是对应元素的下标。

int* maxSlidingWindow(int* nums, int numsSize, int k, int* returnSize) {
    int q[numsSize];
    int left = 0, right = 0;
    *returnSize = 0;
    int *ans=(int*)malloc(sizeof(int)*(numsSize-k+1));
    for (int i = 0; i < numsSize; ++i) {
        //当前元素大于队首元素，队首元素出列直到当前元素小于等于队首元素为止
        while (left < right && nums[i] > nums[q[right - 1]]) {
            right--;
        }
        //将当前元素入队
        q[right++] = i;
        //队尾元素不在窗口中，永久弹出并移动窗口
        if (q[left] <= i - k) {
            left++;
        }
        //滑动窗口的元素达到了k个，才可以将其加入答案数组中
        if(i>=k-1){
            ans[(*returnSize)++] = nums[q[left]];   
        }
        
    }
    return ans;
}

347.前K个高频元素

题目链接：347. 前 K 个高频元素 - 力扣（LeetCode）
题目描述：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。

示例 1:

输入: nums = [1,1,1,2,2,3], k = 2
输出: [1,2]

示例 2:

输入: nums = [1], k = 1
输出: [1]

提示：

1 <= nums.length <= 105
k 的取值范围是 [1, 数组中不相同的元素的个数]
题目数据保证答案唯一，换句话说，数组中前 k 个高频元素的集合是唯一的

hash表+qosrt排序

先将数组排序，然后用结构体统计每个元素的频次，再对结构体数组排序，取前k个

typedef struct{
    int num;
    int cnt;
}Table;
//初始数组排序
int cmp1(const void *a,const void *b){
    return *(int*)a - *(int*)b;
}
//结构体数组排序
int cmp2(const void *a,const void *b){
    Table *ta=(Table*)a;
    Table *tb=(Table*)b;
    return tb->cnt - ta->cnt;
}
int* topKFrequent(int* nums, int numsSize, int k, int* returnSize) {
    qsort(nums,numsSize,sizeof(int),cmp1);
    int *ans=(int*)malloc(sizeof(int)*k);
    int cnt=0;
    Table times[numsSize];
    int idx=0;
    times[idx].num=nums[0];
    times[idx].cnt=1;
    for(int i=1;i<numsSize;i++){
        if(nums[i]==nums[i-1]){
            times[idx].cnt++;
        }else{
            times[++idx].num=nums[i];
            times[idx].cnt=1;
        }
    }
    qsort(times,idx+1,sizeof(Table),cmp2);
    for(int i=0;i<k;i++){
        ans[cnt++]=times[i].num;
    }
    *returnSize = k;
    return ans;
}