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LeetCode 栈和队列OJ题目分享_栈和队列大学生程序设计比赛题库

作者：Cpp五条 | 2024-05-25 06:32:08

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栈和队列大学生程序设计比赛题库

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有效的括号（括号匹配）

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题目描述：
在这里插入图片描述
题目思路：

1、如果是左括号“（ { [ ”就入栈

2、如果是右括号“） } ] ”，就取出栈顶元素与该右括号进行匹配
如果不匹配，就直接return false
如果匹配，s++,指针继续向下走，寻找下一个括号，进行上述操作

注意：
1、如果只有左括号，则栈不为空，则要return false
2、如果只有右括号，栈为空，不能取栈顶元素进行匹配
3、内存泄漏问题，每次返回一个bool值之前都要销毁栈，以免发生内存泄漏
代码实现：

typedef char STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);
bool STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST* pst);
void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;//最开始不malloc空间
	//pst->top = -1;//指向栈顶元素
	pst->top = 0;//指向栈顶元素的下一个位置，表示已经有元素
	pst->capacity = 0;
}
void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}
STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];//栈顶元素
}
bool STEmpty(ST* pst)
{
	return pst->top == 0;
}
int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}

bool isValid(char * s)
{
    ST st;
    STInit(&st);
    while(*s)
    {
         //1、左括号入栈
        if(*s=='('
        || *s=='{'
        || *s=='[')
        {
            STPush(&st,*s);
        }
        //2、右括号出栈匹配
        else
        {
            //不匹配情况

            //如果栈空，只有右括号，则不匹配，直接返回false
            if(STEmpty(&st))
            {
                return false;
            }
            char top = STTop(&st);
            STPop(&st);
            if((*s==']'&&top!='[')
            || (*s=='}'&&top!='{')
            ||(*s==')'&&top!='('))
            {
                return false;
            }
            //匹配
        }
        s++;//向后遍历字符串寻找括号
    }
    bool ret = STEmpty(&st);//如果栈空返回true,否则返回false
    STDestroy(&st);
    return ret;
}

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用栈实现队列

链接: link
题目描述：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
题目思路：

两个栈实现队列，首先明确：
栈后进先出
队列先进先出

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/a031ca50ab964ca6bd8b008f47c65dbf.png方法：
方法：
在这里插入图片描述

此处方法就是先倒数据，将栈1的元素4 3 2全部导入栈2中，最后删除1，如下图

在这里插入图片描述

在这个过程中，将栈1的全部元素导入栈2后，我们可以发现栈2出栈的顺序就是队列出队的顺序，于是可以将两个栈做如下更改：

在这里插入图片描述
分析：

1、队列的结构

typedef struct 
{
    ST pushst;
    ST popst;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() 
{
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if(obj==NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
    return obj;
}

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2、入队操作
在这里插入图片描述

此处入队操作就是入栈操作，将元素入到pushst栈当中

void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) 
{
    STPush(&obj->pushst,x);
}

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3、返回队列开头元素在这里插入图片描述

首先判断popst中是否为空，如果popst为空，判断pushst是否为空，如果pushst不为空，将pushst中的元素入栈到popst中，最后返回popst的栈顶元素

int myQueuePeek(MyQueue* obj) //只取栈顶元素
{
    if(STEmpty(&obj->popst))
    {
        while(!STEmpty(&obj->pushst))
        {
            STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));
            STPop(&obj->pushst);
        }
    }
    return STTop(&obj->popst);//popst中的栈顶元素，即pushst中的栈底元素
}

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4、移除队列开头的元素，并返回队头元素
在这里插入图片描述

复用myQueuePeek函数，保存该函数的返回值，再出popst的栈顶元素

int myQueuePop(MyQueue* obj) //删数据 
{
    int front = myQueuePeek(obj);
    STPop(&obj->popst);
    return front;
}

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5、判空
在这里插入图片描述

popst和pushst同时为空

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) 
{
    return STEmpty(&obj->pushst)&&STEmpty(&obj->popst);
}

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6、销毁

void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{
    STDestroy(&obj->pushst);
    STDestroy(&obj->popst);
     free(obj);
}

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整体代码：

typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;

void STInit(ST* pst);
void STDestroy(ST* pst);
void STPush(ST* pst, STDataType x);
void STPop(ST* pst);
STDataType STTop(ST* pst);
bool STEmpty(ST* pst);
int STSize(ST* pst);

void STInit(ST* pst)
{
	assert(pst);
	pst->a = NULL;//最开始不malloc空间
	//pst->top = -1;//指向栈顶元素
	pst->top = 0;//指向栈顶元素的下一个位置，表示已经有元素
	pst->capacity = 0;
}
void STDestroy(ST* pst)
{
	assert(pst);
	free(pst->a);
	pst->a = NULL;
	pst->top = 0;
	pst->capacity = 0;
}
void STPush(ST* pst, STDataType x)
{
	assert(pst);
	if (pst->top == pst->capacity)
	{
		int newcapacity = pst->capacity == 0 ? 4 : pst->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(pst->a, sizeof(STDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		pst->a = tmp;
		pst->capacity = newcapacity;
	}
	pst->a[pst->top] = x;
	pst->top++;
}
void STPop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	pst->top--;
}
STDataType STTop(ST* pst)
{
	assert(pst);
	assert(!STEmpty(pst));
	return pst->a[pst->top - 1];//栈顶元素
}
bool STEmpty(ST* pst)
{
	return pst->top == 0;
}
int STSize(ST* pst)
{
	assert(pst);
	return pst->top;
}
typedef struct 
{
    ST pushst;
    ST popst;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate() 
{
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if(obj==NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
    return obj;
}


void myQueuePush(MyQueue* obj, int x) 
{
    STPush(&obj->pushst,x);
}

int myQueuePop(MyQueue* obj) //删数据 
{
    int front = myQueuePeek(obj);
    STPop(&obj->popst);
    return front;
}

int myQueuePeek(MyQueue* obj) //只取栈顶元素
{
    if(STEmpty(&obj->popst))
    {
        while(!STEmpty(&obj->pushst))
        {
            STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));
            STPop(&obj->pushst);
        }
    }
    return STTop(&obj->popst);//popst中的栈顶元素，即pushst中的栈底元素
}

bool myQueueEmpty(MyQueue* obj) 
{
    return STEmpty(&obj->pushst)&&STEmpty(&obj->popst);
}

void myQueueFree(MyQueue* obj) 
{
    STDestroy(&obj->pushst);
    STDestroy(&obj->popst);
     free(obj);
}

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用队列实现栈

链接: link
题目描述：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
题目思路：

题目中给我们两个队列实现一个栈，首先明确：
1、队列的性质：先进先出
2、栈的性质：后进先出

在这里插入图片描述

如何才能使用两个队列实现栈的后进先出？
本题给的两个队列就是用来导数据，进而实现栈的后进先出的性质

举例：如上图，如果说我们要出数据5，那么就需要将队列1当中的1 2 3 4 先入到队列2中，再出数据5，这样就实现了后进先出的性质。
在这里插入图片描述
注意：
如何入数据？
1、如果两个队列中的一个队列为空一个队列不为空，那么数据入到非空队列中
2、如果两个队列都为空，数据入到其中一个队列
分析：
1、栈的结构和栈的创建
在这里插入图片描述

方法1：给定MyStack栈中的两个队列都是结构体类型，直接malloc动态开辟一个栈的空间，里面存放队列1 q1和队列2 q2
初始化队列使用结构体指针。

在这里插入图片描述

方法2：给定MyStack栈中的两个队列都是结构体指针类型，动态开辟栈的空间，再动态开辟队列的空间，这样在初始化时就不需要进行取地址操作，因为q1和q2就是结构体指针类型。

在这里插入图片描述
2、入数据操作
在这里插入图片描述

1、如果q1不为空，那么就入队列1中
2、如果q2不为空，那么就入队列2中
3、如果两个都不为空，则随意入队列

void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

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3、出栈操作——倒数据

1、将非空队列的队头的数据导入空队列当中——入队
2、弹出非空队列的队头数据
3、取栈顶元素

int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    Queue* qEmpty=&obj->q1;
    Queue* qNoneEmpty = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        Queue* qEmpty=&obj->q2;
        Queue* qNoneEmpty = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(qNoneEmpty)>1)
    {
        QueuePush(qEmpty,QueueFront(qNoneEmpty));
        QueuePop(qNoneEmpty);
    }
    int top = QueueFront(qNoneEmpty);
    QueuePop(qNoneEmpty);
    return top;
}


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4、取栈顶元素——队尾元素

1、第一个队列不为空，就取队尾元素
2、反之取第二个队列的队尾元素

int myStackTop(MyStack* obj) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}


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5、判空

bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}

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6、销毁

不仅释放栈，也要释放队列

void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
}

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整体代码：

typedef int QDataType;
//每个节点的结构

typedef struct QueueNode
{
	QDataType data;
	struct QueueNode* next;
}QNode;

//标识整个队列的结构
typedef struct Queue
{
	QNode* phead;
	QNode* ptail;
	int size;//队列的长度
}Queue;
void QueueInit(Queue* pq);
void QueueDestroy(Queue* pq);
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x);
void QueuePop(Queue* pq);
QDataType QueueFront(Queue* pq);
QDataType QueueBack(Queue* pq);
int QueueSize(Queue* pq);
bool QueueEmpty(Queue* pq);

void QueueInit(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	pq->phead = NULL;
	pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
void QueueDestroy(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	QNode* cur = pq->phead;
	while (cur)
	{
		QNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	pq->phead = pq->ptail = NULL;
	pq->size = 0;
}
void QueuePush(Queue* pq, QDataType x)
{
	assert(pq);
	QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	
	//队列为空
	if (pq->ptail == NULL)
	{
		assert(pq->phead == NULL);
		pq->phead = pq->ptail = newnode;
	}
	else
	{
		//队列不空
		pq->ptail->next = newnode;
		pq->ptail = newnode;
	}
	pq->size++;
}
void QueuePop(Queue* pq)
{
	//类似头删
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	//1、一个节点
	//2、多个节点
	if (pq->phead->next == NULL)
	{
		free(pq->phead);
		pq->phead = pq->ptail = NULL;
	}
	else
	{
		//头删
		QNode* next = pq->phead->next;
		free(pq->phead);
		pq->phead = next;
	}
	pq->size--;
}
QDataType QueueFront(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->phead->data;
}
QDataType QueueBack(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	assert(!QueueEmpty(pq));
	return pq->ptail->data;
}
int QueueSize(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	return pq->size;
}
bool QueueEmpty(Queue* pq)
{
	assert(pq);
	//return pq->size == 0;
	return pq->phead == NULL && pq->ptail == NULL;
}

typedef struct
{
    Queue q1;//队列1
    Queue q2;//队列2
} MyStack;


MyStack* myStackCreate()
{
    MyStack* obj = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));
    if (obj == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    QueueInit(&obj->q1);
    QueueInit(&obj->q2);
    return obj;
}

void myStackPush(MyStack* obj, int x) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        QueuePush(&obj->q1,x);
    }
    else
    {
        QueuePush(&obj->q2,x);
    }
}

int myStackPop(MyStack* obj) 
{
    Queue* qEmpty=&obj->q1;
    Queue* qNoneEmpty = &obj->q2;
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
       qEmpty=&obj->q2;
       qNoneEmpty = &obj->q1;
    }
    while(QueueSize(qNoneEmpty)>1)
    {
        QueuePush(qEmpty,QueueFront(qNoneEmpty));
        QueuePop(qNoneEmpty);
    }
    int top = QueueFront(qNoneEmpty);
    QueuePop(qNoneEmpty);
    return top;
}

int myStackTop(MyStack* obj) 
{
    if(!QueueEmpty(&obj->q1))
    {
        return QueueBack(&obj->q1);
    }
    else
    {
        return QueueBack(&obj->q2);
    }
}

bool myStackEmpty(MyStack* obj) 
{
    return QueueEmpty(&obj->q1)&&QueueEmpty(&obj->q2);
}

void myStackFree(MyStack* obj) 
{
    QueueDestroy(&obj->q1);
    QueueDestroy(&obj->q2);
    free(obj);
}

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设计循环队列

链接: link
题目描述：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
思路分析：
在这里插入图片描述

本题使用数组设计循环队列
1、假设循环队列存储k个数据，开k+1个空间，每次入队一个元素，rear指针都会指向该元素的后一个位置。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

1、循环队列的结构

在这里插入图片描述

typedef struct 
{
    int front;
    int rear;
    int k;//队列中元素个数
    int* a;
} MyCircularQueue;


MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int*)*(k+1));
    obj->front=obj->rear = 0;
    obj->k=0;
    return obj;
}


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2、判断循环队列为空：front=rear
在这里插入图片描述

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{
    return obj->rear==obj->front;
}

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3、判断队列满：(rear+1)%(k+1)==front
在这里插入图片描述

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    return (obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front;

}

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4、入数据

在rear位置入数据再让rear++，特殊情况：循环队列可能会绕回去，所以要判断rear的位置

在这里插入图片描述

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    if( myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->a[obj->rear]=value;
    obj->rear++;
    obj->rear%=(obj->k+1);//保证范围
}


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5、出数据（删除数据）

判空，如果为空，则不进行删除操作
删除操作即让front++，并且保证front的范围

在这里插入图片描述

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
     if( myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->front++;
    obj->front%=(obj->k+1);//保证范围
    return true;
}

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6、返回队头和队尾数据
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    return obj->a[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    else if(obj->rear==0)
    {
        return obj->a[obj->rear+k-1];
    }
    else
    {
        return obj->a[obj->rear-1];
    }
}

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整体代码：

typedef struct 
{
    int front;
    int rear;
    int k;//队列中元素个数
    int* a;
} MyCircularQueue;

bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) 
{
    return obj->rear==obj->front;
}

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) 
{
    return (obj->rear+1)%(obj->k+1)==obj->front;

}
MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) 
{
    MyCircularQueue* obj = (MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));
    obj->a = (int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));
    obj->front=obj->rear = 0;
    obj->k=k;
    return obj;
}

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) 
{
    if( myCircularQueueIsFull(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->a[obj->rear]=value;
    obj->rear++;
    obj->rear%=(obj->k+1);//保证范围
    return true;
}

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) 
{
     if( myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return false;
    }
    obj->front++;
    obj->front%=(obj->k+1);//保证范围
    return true;
}

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
    return obj->a[obj->front];
}

int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) 
{
    if(myCircularQueueIsEmpty(obj))
    {
        return -1;
    }
   return obj->a[(obj->rear+obj->k)%(obj->k+1)];
}



void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) 
{
    free(obj->a);
    free(obj);
}


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