数据结构和算法-栈和队列

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栈和队列概述以及相关题解思路和技巧

Stack（栈）

栈的特点是：First In Last Out（FILO）

栈的实现有：数组或链表

相关API

  • push(E item)：将一个元素压入栈
  • pop()：将栈顶元素弹出
  • peek()：返回栈顶元素，但不弹出（英文的意思是偷看）

Leetcode

No20.判断括号是否有效

给定一个字符串只包含如下字符： '(', ')', '{', '}', '[' and ']' ，判断输入的字符串是否有效。验证规则如下：

  • 开括号必须用相同类型的括号关闭
  • 开括号必须以正确的顺序关闭

请注意，空字符串也被视为有效。

可能的解

使用栈的方式实现。

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public static boolean isValid(String s) {
    if (s == null || s.length() == 0) {
        return true;
    }

    Map<Character, Character> mapping = new HashMap<>();
    mapping.put(')', '(');
    mapping.put(']', '[');
    mapping.put('}', '{');

    Stack<Character> stack = new Stack<>();

    char[] chars = s.toCharArray();
    for (char c : chars) {
        if (mapping.containsKey(c)) {
            if (stack.empty()) {
                return false;
            }
            if (stack.pop() != mapping.get(c)) {
                return false;
            }
        } else {
            stack.push(c);
        }
    }
    return stack.empty();
}

复杂度分析：

时间复杂度：O(n)，需要遍历一次给定的字符。空间复杂度：O(n)，最坏的情况下，需要将所有字符串都进行一次push()。

No232.使用栈来实现队列

使用栈来实现队列的如下操作：

  • push(x) – 将一个元素放入队列的尾部。
  • pop() – 从队列首部移除元素。
  • peek() – 返回队列首部的元素。
  • empty() – 返回队列是否为空。

说明:

  • 你只能使用标准的栈操作 – 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
  • 你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。
  • 假设所有操作都是有效的 （例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）。
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class MyQueue {
    private Stack<Integer> inputStack;
    private Stack<Integer> outputStack;
    
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyQueue() {
        inputStack = new Stack<>();
        outputStack = new Stack<>();
    }
    
    /** 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.empty()) {
            while(!inputStack.empty()) {
                outputStack.push(inputStack.pop());
            }
        }
        return outputStack.pop();
    }
    
    /** Get the front element. */
    public int peek() {
        if(outputStack.empty()) {
            while(!inputStack.empty()) {
                outputStack.push(inputStack.pop());
            }
        }
        return outputStack.peek();
    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    public boolean empty() {
        return inputStack.empty() && outputStack.empty();
    }
}

复杂度分析：

时间复杂度：O(n)。

Queue（队列）

队列的特点是：First In First Out（FIFO)

队列的实现有：数组或链表

相关API

  • offer(E item)：将一个元素入队。
  • poll()：移除队列首部元素。
  • peek()：返回队列首部元素。
  • isEmpty()：判断队列是否为空。
  • size()：返回队列长度。

Leetcode

No225.用队列实现栈

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class MyStack {
    Queue<Integer> in;
    Queue<Integer> out;

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

复杂度分析：

时间复杂度：O(n)。空间复杂度：O(n)。

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