leetcode 栈、队列、堆相关

本文深入探讨了栈、队列和堆在算法设计中的高级应用,包括使用队列实现栈,用栈实现队列的不同方法,如单栈法和双栈法,以及最小值栈的设计。文章还介绍了如何在数组中找到第K大的数,以及如何利用堆和队列寻找中位数,提供了详细的代码示例。

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1、使用队列实现栈

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

class MyStack {

    private Queue<Integer> queue;
    
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<Integer>();
    }
    
    /** Push element x onto stack. */
    public void push(int x) {
        Queue<Integer> tempQueue = new LinkedList<Integer>();
        tempQueue.offer(x);
        while(queue.size() > 0){
            tempQueue.offer(queue.poll());
        }
        queue = tempQueue;
    }
    
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    public int pop() {
        return queue.poll();
    }
    
    /** Get the top element. */
    public int top() {
        return queue.peek();
    }
    
    /** Returns whether the stack is empty. */
    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }
}

2、用栈实现队列

2.1、单栈法

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

  • 除了 push 操作,其他操作就是直接使用栈的操作
  • 每次push 平均复杂度都是0(n)
class MyQueue {
    private Stack<Integer> stack;
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyQueue() {
        stack = new Stack<Integer>();
    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    public void push(int x) {
        Stack tempStack = new Stack<Integer>();
        while(!stack.isEmpty()){
            tempStack.push(stack.pop());
        }
        stack.push(x);
        while(!tempStack.isEmpty()){
            stack.push((Integer)tempStack.pop());
        }        
    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    public int pop() {
        return stack.pop();
    }
    
    /** Get the front element. */
    public int peek() {
        return stack.peek();
    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    public boolean empty() {
        return stack.isEmpty();
    }
}

2.2 双栈法

  • 平均复杂度0(1)
  • push 操作直接压栈 ,pop、peek 都需要判断 outputStack 为空的情况
class MyQueue {
    private Stack<Integer> inputStack;
    private Stack<Integer> outputStack;
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyQueue() {
        inputStack = new Stack<Integer>();
        outputStack = new Stack<Integer>();
    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    public void push(int x) {
        inputStack.push(x);
    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    public int pop() {
        if(outputStack.isEmpty()){
            while(!inputStack.isEmpty()){
                outputStack.push(inputStack.pop());
            }
        }
        return outputStack.pop();
    }
    
    /** Get the front element. */
    public int peek() {
        if(outputStack.isEmpty()){
            while(!inputStack.isEmpty()){
                outputStack.push(inputStack.pop());
            }
        }
        return outputStack.peek();
    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    public boolean empty() {
        return inputStack.isEmpty() && outputStack.isEmpty();
    }
}

2.3 最小值栈

https://leetcode.com/problems/min-stack/

  • 用一个栈来存储正常栈的数据
  • 用另一个栈来存储 对栈每次操作下最小值的状态
class MinStack {

    public static Stack<Integer> stack;
    public static Stack<Integer> minStack;
    
    /** initialize your data structure here. */
    public MinStack() {
        stack = new Stack<Integer>();
        minStack = new Stack<Integer>();
    }
    
    public void push(int x) {
        stack.push(x);
        if(minStack.isEmpty()){
            minStack.push(x);
        }else{
            if(minStack.peek() > x){
                minStack.push(x);
            }else{
                minStack.push(minStack.peek());
            }
        }
    }
    
    public void pop() {
        stack.pop();
        minStack.pop();
    }
    
    public int top() {
        return stack.peek();
    }
    
    public int getMin() {
        return minStack.peek();
    }
}

/**
 * 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();
 */

2.4 数组中第K大的数

https://leetcode.com/problems/kth-largest-element-in-an-array/

  • 利用大小为K的小顶堆
  • java 中利用优先级队列模拟小顶堆
class Solution {
    public int findKthLargest(int[] nums, int k) {
        PriorityQueue<Integer> heap =
            new PriorityQueue<Integer>((n1, n2) -> n1 - n2);
        for(int i = 0;i < nums.length;i ++){
            heap.add(nums[i]);
            if(heap.size() > k){
                heap.poll();
            }
        }
        return heap.poll();
    }
}

2.5 寻找中位数

https://leetcode.com/problems/find-median-from-data-stream/

  • 利用大顶堆 存储有序数据的前半部分
  • 利用小顶堆 存储有序数据的后半部分
  • 这样中位数就可以从 两个堆的堆顶得到
class MedianFinder {
    PriorityQueue<Double> minHeap ;
    PriorityQueue<Double> maxHeap;
    
    /** initialize your data structure here. */
    public MedianFinder() {
        minHeap = new PriorityQueue<Double>((n1, n2) -> n1.compareTo(n2));
        maxHeap = new PriorityQueue<Double>((n1, n2) -> n2.compareTo(n1));
    }
    
    public void addNum(int num) {
        double dnum = (double)num;
        if(maxHeap.isEmpty()){
            maxHeap.add(dnum);
            return;
        }
        if(minHeap.size() == maxHeap.size()){
            if(dnum < maxHeap.peek()){
                maxHeap.add(dnum);
            }else {
                minHeap.add(dnum);
            }
            
        }else if(minHeap.size() > maxHeap.size()){
            if(dnum < minHeap.peek()){
                maxHeap.add(dnum);
            }else{
                maxHeap.add(minHeap.peek());
                minHeap.poll();
                minHeap.add(dnum);
            }
        }else if(minHeap.size() < maxHeap.size()){
            if(dnum <= maxHeap.peek()){
                minHeap.add(maxHeap.peek());
                maxHeap.poll();
                maxHeap.add(dnum);
            }else{
                minHeap.add(dnum);
            }
        }
    }
    
    public double findMedian() {
        if(minHeap.size() == maxHeap.size()){
            return (minHeap.peek() + maxHeap.peek())/2.0;
        }else if(minHeap.size() < maxHeap.size()){
            return maxHeap.peek();
        }else{
            return minHeap.peek();
        }
    }
}

/**
 * Your MedianFinder object will be instantiated and called as such:
 * MedianFinder obj = new MedianFinder();
 * obj.addNum(num);
 * double param_2 = obj.findMedian();
 */
基于数据挖掘的音乐推荐系统设计与实现 需要一个代码说明,不需要论文 采用python语言,django框架,mysql数据库开发 编程环境:pycharm,mysql8.0 系统分为前台+后台模式开发 网站前台: 用户注册, 登录 搜索音乐,音乐欣赏(可以在线进行播放) 用户登陆时选择相关感兴趣的音乐风格 音乐收藏 音乐推荐算法:(重点) 本课题需要大量用户行为(如播放记录、收藏列表)、音乐特征(如音频特征、歌曲元数据)等数据 (1)根据用户之间相似性或关联性,给一个用户推荐与其相似或有关联的其他用户所感兴趣的音乐; (2)根据音乐之间的相似性或关联性,给一个用户推荐与其感兴趣的音乐相似或有关联的其他音乐。 基于用户的推荐基于物品的推荐 其中基于用户的推荐是基于用户的相似度找出相似相似用户,然后向目标用户推荐其相似用户喜欢的东西(你类似的人也喜欢**东西); 而基于物品的推荐是基于物品的相似度找出相似的物品做推荐(喜欢该音乐的人还喜欢了**音乐); 管理员 管理员信息管理 注册用户管理,审核 音乐爬虫(爬虫方式爬取网站音乐数据) 音乐信息管理(上传歌曲MP3,以便前台播放) 音乐收藏管理 用户 用户资料修改 我的音乐收藏 完整前后端源码,部署后可正常运行! 环境说明 开发语言:python后端 python版本:3.7 数据库:mysql 5.7+ 数据库工具:Navicat11+ 开发软件:pycharm
MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp``MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式I2C地址,`getAcceleration()``getGyroscope()`则分别用于获取加速度角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()``getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准滤波,以消除噪声漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客其他开源资源是学习解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息实践指南
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