LeetCode通关：栈和队列六连，匹配问题有绝招

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❝刷题路线参考：

https://github.com/chefyuan/algorithm-base

https://github.com/youngyangyang04/leetcode-master

❞

栈和队列基础

在正式开刷之前，我们先了解一些栈和队列的基础知识。

栈的结构

栈是一种先进后出的顺序表结构。

栈示意图

栈的结构比较简单，就不多了。

栈的实现

因为栈是一个线性表表，因此，线性表支持栈的操作，ArrayList 和 LinkedList 都可以作为栈来使用。

可以直接使用 Stack 类来进行创建一个栈，这个继承的是过期。

Deque<TreeNode> stack = new LinkedList<TreeNode>();//类型为TreeNode
Stack<TreeNode> stack = new Stack<TreeNode>();

队列结构

队列是一种先进先出的数据结构

队列结构

队列实现

队列也是表结构，比较常用的是由LinkedList实现。

  Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();

好了，两种数据结构也比较简单，开始我们的刷题之旅吧！

刷题现场

剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

☕ 题目：剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列(https://leetcode-cn.com/problems/yong-liang-ge-zhan-shi-xian-dui-lie-lcof/)

❓ 难度：简单

描述：

用两个栈实现一个队列。队列的声明如下，请实现它的两个函数 appendTail 和 deleteHead ，分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素，deleteHead 操作返回 -1 )

示例 1：

输入：
["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[3],[],[]]
输出：[null,null,3,-1]

「示例 2：」

输入：
["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]
输出：[null,-1,null,null,5,2]

思路：

栈是先进后出，队列是先进先出的数据结构。

那怎么用栈模拟队列呢？

需要两个栈，一个作为队头 「headStack」，一个作为队尾 「tailStack」。

两个栈模拟队列

这样一来，就用两个栈模拟了队列的出入顺序。

我们来看一下代码实现：

public class CQueue {

    //定义两个栈
    Deque<Integer> headStack, tailStack;

    public CQueue() {
        headStack = new LinkedList<>();
        tailStack = new LinkedList<>();
    }

    //入队
    public void appendTail(int value) {
        //入队，往tailStack中压入值
        tailStack.push(value);
    }

    //出队
    public int deleteHead() {
        //如果队头为空
        if (headStack.isEmpty()) {
            //则将 tailStack （队尾）的元素全部出栈，再压入headStack
            while (!tailStack.isEmpty()) {
                headStack.push(tailStack.pop());
            }
        }
        if (headStack.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return headStack.pop();
    }
}

时间复杂度：入队O(1，出队O(n)。

空间复杂度：引入了两个栈，所以空间复杂度O(n)。

还有一道题，LeetCode232. 用栈实现队列 基本是一样的。

LeetCode225. 用队列实现栈

☕ 题目：225. 用队列实现栈 (https://leetcode-cn.com/problems/implement-stack-using-queues/)

❓ 难度：简单

描述：

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。

实现 MyStack 类：

「注意：」

「示例：」

输入：
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 2, 2, false]

解释：
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

思路：

这道题，实不相瞒，乍一看，我有点想偷懒，因为如果用一个双向队列的话：

双向对列

是不是啪一下就实现了，但是题目里面也说了，标准队列操作，所以我们还是用单向队列。

那我们怎么实现呢？

很简单，入栈的时候，我们利用队列先进先出的特点，每次队列模拟入栈时，我们先将队列之前入队的元素都出队，仅保留最后一个进队的元素。

然后再重新入队，这样就实现了颠倒队列中的元素，这样就和栈中的次序是一样的了。

队列实现栈

代码实现如下：

public class MyStack {
    //单向队列
    Queue<Integer> queue;

    /**
     * Initialize your data structure here.
     */
    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<>();
    }

    /**
     * Push element x onto stack.
     */
    public void push(int x) {
        //入队元素
        queue.offer(x);
        //将之前的元素，出队，重新入队
        for (int i = 0; i < queue.size() - 1; i++) {
            queue.offer(queue.poll());
        }
    }

    /**
     * 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();
    }
}

时间复杂度：入栈O(n），出栈O(1)。

空间复杂度：引入了队列，空间复杂度O(n)。

LeetCode20. 有效的括号

☕ 题目：20. 有效的括号 (https://leetcode-cn.com/problems/valid-parentheses/)

❓ 难度：简单

描述：

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

示例 1：

输入：s = "()"
输出：true

示例 2：

输入：s = "()[]{}"
输出：true

示例 3：

输入：s = "(]"
输出：false

示例 4：

输入：s = "([)]"
输出：false

示例 5：

输入：s = "{[]}"
输出：true

「提示：」

思路：

这是一道经典的栈的应用的题目。

思路是什么呢？

碰到左括号把元素入栈，碰到右括号就和栈顶元素比较，如果相同就把栈顶元素出栈，不匹配，就直接返回false。

有效括号栈匹配

代码如下：注意处理栈为空的情况

    public boolean isValid(String s) {
        Deque<Character> stack = new LinkedList<>();
        //遍历字符串
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            //遇到左括号，入栈
            if (c == '(' || c == '[' || c == '{') {
                stack.push(c);
            }
            //右括号匹配
            if (c == ')') {
                if (stack.isEmpty() || stack.pop() != '(') {
                    return false;
                }
            }
            if (c == ']') {
                if (stack.isEmpty() || stack.pop() != '[') {
                    return false;
                }
            }
            if (c == '}') {
                if (stack.isEmpty() || stack.pop() != '{') {
                    return false;
                }
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }

时间复杂度：O(n）。

空间复杂度：O(n)。

LeetCode1047. 删除字符串中的所有相邻重复项

给出由小写字母组成的字符串 S，重复项删除操作会选择两个相邻且相同的字母，并删除它们。

在 S 上反复执行重复项删除操作，直到无法继续删除。

在完成所有重复项删除操作后返回最终的字符串。答案保证唯一。

「示例：」

输入："abbaca"
输出："ca"
解释：
例如，在 "abbaca" 中，我们可以删除 "bb" 由于两字母相邻且相同，这是此时唯一可以执行删除操作的重复项。之后我们得到字符串 "aaca"，其中又只有 "aa" 可以执行重复项删除操作，所以最后的字符串为 "ca"。

思路：

这道题是不是和上道题差不多。

遍历字符，如果字符和栈顶元素匹配，就把栈顶元素出栈。

如果不匹配，就把元素入栈。

这样一来，栈里最后剩下的都是相邻不相同的元素。

删除字符串相邻重复项

代码如下：最后出栈的元素需要倒转

    public String removeDuplicates(String s) {
        Deque<Character> stack = new LinkedList<>();
        //遍历字符串
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if (stack.isEmpty() || stack.peek() != c) {
                //入栈
                stack.push(c);
            } else {
                //栈顶元素出栈
                stack.pop();
            }
        }
        //拼接栈中字符
        StringBuilder str = new StringBuilder();
        while (!stack.isEmpty()) {
            str.append(stack.pop());
        }
        return str.reverse().toString();
    }

时间复杂度：O(n）。

空间复杂度：O(n)。

LeetCode150. 逆波兰表达式求值

☕ 题目：150. 逆波兰表达式求值 (https://leetcode-cn.com/problems/evaluate-reverse-polish-notation/)

❓ 难度：中等

描述：

根据 逆波兰表示法，求表达式的值。

有效的算符包括 +、-、*、/ 。每个运算对象可以是整数，也可以是另一个逆波兰表达式。

「说明：」

「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

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。

逆波兰表达式主要有以下两个优点：

思路：

看到没，这道题的提示里面就给出了思路：

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。

逆波兰表达式求值

代码实现如下：

    public int evalRPN(String[] tokens) {
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < tokens.length; i++) {
            String s = tokens[i];
            if (isNumber(s)) {
                stack.push(Integer.parseInt(s));
            } else {
                int num1 = stack.pop();
                int num2 = stack.pop();
                if (s.equals("+")) {
                    stack.push(num1 + num2);
                } else if (s.equals("-")) {
                    stack.push(num2 - num1);
                } else if (s.equals("*")) {
                    stack.push(num1 * num2);
                } else if (s.equals("/")) {
                    stack.push(num2 / num1);
                }
            }

        }
        return stack.pop();
    }

    boolean isNumber(String token) {
        return !("+".equals(token) || "-".equals(token) || "*".equals(token) || "/".equals(token));
    }

时间复杂度：O(n）。

空间复杂度：O(n)。

LeetCode402. 移掉 K 位数字

☕ 题目：150. 逆波兰表达式求值 (https://leetcode-cn.com/problems/evaluate-reverse-polish-notation/)

❓ 难度：中等

描述：

给你一个以字符串表示的非负整数 num 和一个整数 k ，移除这个数中的 k 位数字，使得剩下的数字最小。请你以字符串形式返回这个最小的数字。

「示例 1 ：」

输入：num = "1432219", k = 3
输出："1219"
解释：移除掉三个数字 4, 3, 和 2 形成一个新的最小的数字 1219 。

示例 2 ：

输入：num = "10200", k = 1
输出："200"
解释：移掉首位的 1 剩下的数字为 200. 注意输出不能有任何前导零。

示例 3 ：

输入：num = "10", k = 2
输出："0"
解释：从原数字移除所有的数字，剩余为空就是 0 。

思路：

代码如下：

    public String removeKdigits(String num, int k) {
        if (k == num.length()) return "0";
        //栈
        Deque<Character> stack = new LinkedList<>();
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < num.length(); i++) {
            while (!stack.isEmpty() && stack.peek() > num.charAt(i) && count < k) {
                stack.pop();
                count++;
            }
            //栈为空，且当前位为0时，我们不需要将其入栈
            if (num.charAt(i) == '0' && stack.isEmpty()) continue;
            stack.push(num.charAt(i));
        }
        while (!stack.isEmpty() && count < k) {
            stack.pop();
            count++;
        }
        //这个是最后栈为空时，删除一位，比如我们的10，删除一位为0，
        //按上面逻辑我们会返回""，所以我们让其返回"0"
        if (stack.isEmpty()) return "0";
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        while (!stack.isEmpty()) {
            sb.append(stack.pop());
        }
        return sb.reverse().toString();
    }

总结

大家熟悉的顺口溜总结：

总结

❝简单的事情重复做，重复的事情认证做，认证的事情有创造性地做。

「参考：」

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