L3-002 特殊堆栈 (30 分)

本文介绍了一种特殊堆栈的数据结构实现,该堆栈除了具备基本的入栈和出栈功能外,还能够高效地返回堆栈中所有元素的中值。通过维护一个额外的有序向量,可以确保即使在频繁的元素增删操作下也能快速找到中值。

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L3-002 特殊堆栈 (30 分)

堆栈是一种经典的后进先出的线性结构,相关的操作主要有“入栈”(在堆栈顶插入一个元素)和“出栈”(将栈顶元素返回并从堆栈中删除)。本题要求你实现另一个附加的操作:“取中值”——即返回所有堆栈中元素键值的中值。给定 N 个元素,如果 N 是偶数,则中值定义为第 N/2 小元;若是奇数,则为第 (N+1)/2 小元。

输入格式:

输入的第一行是正整数 N(≤10510^5105 )。随后 N 行,每行给出一句指令,为以下 3 种之一:

Push key
Pop
PeekMedian

其中 key 是不超过 10510^5105的正整数;Push 表示“入栈”;Pop 表示“出栈”;PeekMedian 表示“取中值”。

输出格式:

对每个 Push 操作,将 key 插入堆栈,无需输出;对每个 Pop 或 PeekMedian 操作,在一行中输出相应的返回值。若操作非法,则对应输出 Invalid。

输入样例:

17
Pop
PeekMedian
Push 3
PeekMedian
Push 2
PeekMedian
Push 1
PeekMedian
Pop
Pop
Push 5
Push 4
PeekMedian
Pop
Pop
Pop
Pop

输出样例:

Invalid
Invalid
3
2
2
1
2
4
4
5
3
Invalid

题解

除了stack之外,额外维护一个有序的vector,对vector插入和删除元素使用lower_bound进行查找对应位置。

代码
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
void insert(vector<int> &A, int v)
{
    auto pos = lower_bound(A.begin(), A.end(),v);   //大于等于v的第一个元素位置
    A.insert(pos, v);                               //在pos前插入
}
void move(vector<int> &A, int v)
{
    auto pos = lower_bound(A.begin(), A.end(), v);
    A.erase(pos);
}
int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0);cout.tie(0);
    int n;
    cin >> n;
    char cmd[10];
    int t = 0;
    stack<int> st;
    vector<int> A;
    int pm = 0;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        cin >> cmd;
        if(cmd[1] == 'o')       // Pop
        {
            if(st.empty())
                cout << "Invalid" << endl;
            else
            {
                int v = st.top();
                cout << v << endl;
                move(A, v);
                st.pop();
                if(st.size() % 2 == 0)
                	pm--;
            }
        }
        else if(cmd[1] == 'e')  //PeekMedian
        {
            if(st.empty())
            {
                cout << "Invalid" << endl;
            }
            else
            {
                cout << A[pm] << endl;
            }
        }
        else                    //Push
        {
            cin >> t;
            st.push(t);
            insert(A, t);
            if(st.size() == 1)
                pm = 0;
            else
            {
            	if(st.size()%2!=0)
            		pm++;
            }
        }
    }
    return 0;
}
题目描述 本题要求实现一个特殊堆栈,除了常规的和出操作外,还需要支持以下操作: peek:取出元素,但是不弹出; min:返回当前中的最小值; max:返回当前中的最大值。 输格式 输第一行给出一个正整数 N(≤10^5),是操作数。以下 N 行每行包含一个操作指令,格式如下: push key:将 key 插入堆栈; pop:弹出元素; peek:取出元素,但是不弹出; min:返回当前中的最小值; max:返回当前中的最大值。 这里假设堆栈中没有重复元素,且输保证不会出现不合法的操作。 输出格式 对于每个 min 和 max 操作,输出该操作返回的值,如果堆栈为空则输出 ERROR。 输样例 10 push 3 push 2 push 1 max pop max pop max pop max 输出样例 3 2 3 1 ERROR 算法1 (单调) $O(n)$ 首先,我们需要一个普通的来实现和出操作。 然后,我们需要维护一个单调递减的,来实现最小值的查询。每次时,如果当前元素小于等于元素,就将其。否则,我们需要将元素弹出,直到元素小于等于当前元素,再将当前元素。 同理,我们也需要维护一个单调递增的,来实现最大值的查询。 对于 peek 操作,我们只需要返回元素即可。 时间复杂度 每个元素最多一次,出一次,查询一次最小值和最大值,因此总时间复杂度为 $O(n)$。 C++ 代码 算法2 (双向队列) $O(n)$ 我们可以使用双向队列来维护最小值和最大值。队列中的元素是一个二元组,第一个元素是值,第二个元素是该值在中的出现次数。 每次时,我们需要将该元素插入到双向队列中。同时,我们需要维护队列的单调性。对于最小值队列,我们需要保证队列中的元素是单调递增的。对于最大值队列,我们需要保证队列中的元素是单调递减的。 每次出时,我们需要将该元素从双向队列中删除。同时,我们也需要更新队列的单调性。 对于 min 和 max 操作,我们只需要返回最小值队列和最大值队列的队首元素即可。 时间复杂度 每个元素最多队一次,出队一次,查询一次最小值和最大值,因此总时间复杂度为 $O(n)$。 C++ 代码
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