LeetCode刷题--栈,队列,堆

1.栈、队列、堆(优先队列)的基础

STL中的容器适配器有stack, queue, priority_queue三种,它们都是在顺序容器的基础上实现,屏蔽了顺序容器的一部分功能,突出和增加了另外一些功能。容器适配器都有以下三个成员函数:
this->push():添加一个元素
this->top():返回顶部(stack) 或 队头(queue,priority_queue)的元素的引用
this->pop():删除一个元素

2.栈和队列的基本操作

2.1 利用队列实现栈

question
answer

#include<queue>
class mystack
{
private: 
	queue<int> _data;
public: 
	mystack() {};
	void push(int x)
	{
		queue<int> temp_data;
		temp_data.push(x);
		while(!_data.empty())
		{
			temp_data.push(_data.front());
			_data.pop();
		}
		while(!temp_data.empty())
		{
			_data.push(temp_data.front());
			temp_data.pop();
		}
	}
	void pop()
	{
		this->_data.pop();
	}
	int& top()
	{
		return this->_data.front();
	}
	bool empty()
	{
		return this->_data.empty();
	}
	int size()
	{
		return this->_data.size();
	}
};

2.2 利用栈实现队列

分析过程与上面类似

#include<stack>
class myqueue
{
private: 
	stack<int> _data;
public: 
	myqueue() {};
	void push(int x)
	{
		stack<int> temp_data;
		while(!_data.empty())
		{
			temp_data.push(_data.top());
			_data.pop();
		}
		temp_data.push(x);
		while(!temp_data.empty())
		{
			_data.push(temp_data.front());
			temp_data.pop();
		}
	}
	void pop()
	{
		this->_data.pop();
	}
	int& top()
	{
		return this->_data.top();
	}
	bool empty()
	{
		return this->_data.empty();
	}
	int size()
	{
		return this->_data.size();
	}
};

3.栈的混合使用

3.1 包含min函数的栈

question
answer

#include<stack>
class minStack
{
private:
	stack<int> _data;
	stack<int> _min;
public:
	void push(int x)
	{
		_data.push(x);
		if(_min.empty()) _min.push(x);
		else _min.push( x<_min.top()? x:_min.top());		
	}
	void pop()
	{
		_data.pop();
		_min.pop();
	}
	int top()
	{
		return _data.top();
	}
	int get_min()
	{
		return _min.top();
	}
}

4.栈和队列的混合使用

4.1 合法的出栈序列

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<stack>
#include<queue>
bool check_is_valid_order(std::queue<int> &order)
{
	std::stack<int> s;
	int n=order.size();
	for(int i=1; i<=n; ++i)
	{
		s.push(i);
		while(!s.empty() && order.front()==s.top())
		{	
			s.pop();
			order.pop();
		}
	}
	if  s.empty()?return true : return false;
}

4.2 简答的计算器

question
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
在这里插入图片描述有限状态自动机
利用工业采用的“有限状态自动机”来进行coding,还未完成代码编辑工作,2020-5-29完成最终coding
在这里插入图片描述

#include<stack>
#include<string>
void compute(stack<int>&number_stack, stack<char>&operator_stack)
{
	if(number_stack.size()<2) return;
	int num2 = number_stack.top(); number_stack.pop();
	int num1 = number_stack.top(); number_stack.pop();
	if(operator_stack.top()=='+') number_stack.push(num1+num2);
	else if(operator_stack.top()=='-') number_stack.push(num1-num2);
	operator_stack.pop();
}
int calculate(string s)
{
	static const int STATE_BEGIN = 0;
	static const int STATE_NUMBER = 1;
	static const int STATE_OPERATOR = 2;
	stack<int> number_stack;
	stack<char> operator_stack;
	int number = 0;
	int STATE = STATE_BEGIN;
	int compute_flag = 0;
	for(int i=0; i<s.size(); ++i)
	{
		if(s[i]==' ')  continue;
		switch(STATE)
		{
			case STATE_BEGIN:
				if(s[i]>='0 && s[i]<='9')
					STATE = STATE_NUMBER;
				else
					STATE = STATE_OPERATOR;
				--i;
				break;
			case STATE_NUMBER:
				if(s[i]>='0 && s[i]<='9')
					number = number*10 + (s[i] - '0');
				else
				{
					number_stack.push(number);
					if(compute_flag)
						compute(number_stack,operator_stack);
					number = 0;
					STATE = STATE_OPERATOR;
					--i;
				}
				break;
			case STATE_OPERATOR:
				if(s[i]=='+' && s[i] =='-')
				{
					operator_stack.push(s[i]);
					compute_flag = 1;
				}
				else if(s[i]>='0 && s[i]<='9')
				{
					STATE = STATE_NUMBER;
					--i;
				}
				else if(s[i]=='(')
				{
					compute_flag = 0;
					STATE = STATE_NUMBER;
				}
				else if(s[i]==')')
				{
					compute(number_stack,operator_stack);
				}
				break;	
		}		
	}
	if(number!=0) compute(number_stack,operator_stack);
	 //处理最后一个无右括号的“字符计算”
	if(number==0 && number_stack.empty()) return 0; //处理空输入
	return number_stack.top();	
}

5. STL优先队列(二叉堆)

STL中最大堆和最小堆的基础知识:
默认为最大堆: priority_queue max_pq;
更改配置为最小堆:priority_queue<double,vector,greater> min_pq;

5.1 利用堆维护数组中最大或最小的前k个数

question
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<queue>
#include<vector>
int findKthLargest(vector<int>& nums, int k)
{
	priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> min_pq;
	for(int i=0; i<nums.size(); ++i)
	{
		if(min_pq.size<k)  min_pq.push(nums[i]);
		else if(min_pq.top()<nums[i])
		{
			min_pq.pop();
			min_pq.push(nums[i]);
		}
	}
	return min_pq.top();
}

5.2 利用堆来获取中位数

question
answer
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#include<queue>
priority_queue<int> small_pq;
priority_queue<int,vector<int>,greator<int>> big_pq;
void addNum(int num)
{
	if(big_pq.empty()) 
	{
		big_pq.push(num);
		return ;
	}
	if(big_pq.size()==small_pq.size()) //情形1
	{
		num<big_pq.top()? big_pq.push(num):samll_pq.push(num);
	}
	else if(big_pq.size()>samll_pq.size()) //情形2
	{
		if(num>big_pq.top()) samll_pq.push(num);
		else
		{
			samll_pq.push(big_pq.top());
			big_pq.pop();
			big_pq.push(num);
		}
	}
	else if(big_pq.size()<samll_pq.size()) //情形3
	{
		if(num<small_pq.top())  big_pq.push(num);
		else
		{
			big_pq.push(small_pq.top());
			small_pq.pop();
			small_pq.push(num);
		}
	}
}
double findMedian()
{
	if(big_pq.size() == small_pq.size()) 
		return (big_pq.top()+samll_pq.top()) / 2.0;
	else if(big_pq.size<small_pq.size())
		return small_pq.top();
	else return big_pq.top();	
}

6.本模块总结

  1. 对于容器适配器的使用目的是为了优化时间复杂度;
  2. 在coding的过程中,要从中间思维,不要从开始去想;
  3. 还需要刷题和看慕课视频;
  4. 对于“有限自动编码机”的知识还要学会运用。
### LeetCode 基础语法入门教程 LeetCode 是程序员提升算法能力的重要平台之一,掌握其基础语法对于高效解至关重要。以下是关于 C++ 和 Java 的基础语法要点以及如何应用这些知识来解决 LeetCode 上的问。 #### 1. 数据类型与变量 C++ 提供了多种基本数据类型,包括但不限于 `int`、`long` 和 `double` 等[^2]。在编写程序时,应根据具体需求选择合适的数据类型以优化内存使用和计算效率。例如,在处理大规模数值运算时,推荐优先考虑浮点数或长整型以避免溢出问。 #### 2. 控制流语句 控制流是编程的核心部分,它决定了代码执行路径的选择逻辑。常用的条件分支结构如 `if...else` 或者更复杂的多路判断工具——`switch case` 可帮助开发者根据不同输入情况采取相应操作。此外还有循环机制(for/while),它们允许重复执行某段特定指令直到满足终止条件为止。 #### 3. 容器类简介及其应用场景分析 为了更好地管理和存储大量动态变化的信息单元组群对象集合体概念模型抽象表示形式即我们常说的各种标准模板库(STL)组件实例化后的实体形态表现出来的东西叫做容器(Container),其中最常用的一些包括: - **Vector**: 动态数组,支持随机访问并能在尾部快速增删元素。 - **Set & Unordered_Set**: 分别代表有序集合并具备查找功能的哈希表版本;前者按升序排列后者则不关心顺序只关注唯一性检验速度更快些时候会用到find()方法来进行成员存在性的检测工作流程简化很多哦~ - **Map & Multimap**: 键值映射关系管理利器,能够轻松实现一对一或多对一关联查询任务目标达成效果显著提高工作效率的同时也减少了错误发生的可能性几率大大降低啦!另外还有一种叫Unorderd_Map变种形式同样适用于某些特殊场合条件下呢😊 #### 4. 特殊用途的数据结构介绍 - Deque (双端队列) Deque是一种可以在两端都进行插入删除操作非常灵活方便的一种线性序列结构形式表达方式呈现出来的样子感觉特别棒👍🏻通过下面这个例子我们可以看到它是怎么被创建出来的:`Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();` 这样我们就得到了一个基于链接列表实现原理构建而成的新对象实例可供后续进一步开发拓展之用了呀😄[^3] #### 5. 关于(Stacks)的知识补充说明 最后值得一提的是有关Stack方面的内容知识点分享给大家知道一下吧~原来啊,在Standard Template Library里面啊,我们的老朋友Stack其实背后隐藏着秘密武器呢🧐那就是它可以由三种不同的底层支撑技术方案任选其中之一作为实际运行环境下的物理载体介质哟😎分别是向量(Vector),双向队列(Deque)或者是简单的单链表(List)...怎么样是不是很神奇呢😉[^4] ```java // 示例:Java 中 Stack 的简单使用 import java.util.Stack; public class Main { public static void main(String[] args) { Stack<Integer> stack = new Stack<>(); // 添加元素 stack.push(10); stack.push(20); System.out.println("Top element is: " + stack.peek()); // 输出顶部元素 // 删除顶部元素 stack.pop(); System.out.println("After popping, top element is: " + stack.peek()); } } ``` ---
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