数据结构——栈和队列OJ题

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前言

欢迎来到专项提升小课堂！
今天的题目稍稍有难度哦！
但是只要用心，是难不倒同学们的！

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一、用队列实现栈

题目链接：OJ链接

提示：
1 <= x <= 9；
最多调用100 次 push、pop、top 和 empty ；
每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空；

核心思想：
用队列模拟出栈的先入后出这一特性！

解题思路：
此题可以用两个队列去实现一个栈，每次始终保持一个队列为空，
入栈操作相当于给非空队列进行入队操作
出栈操作相当于非空队列的队尾元素出队，此时需要把非空队列除最后一个元素之外的其余元素入队到空队列，然后出队最后一个队尾元素

图例解析：


代码示例：

队列接口实现

先将队列的实现接口导入

这里涉及到之前队列建立的内容啦！
如果不了解的可以去看看：栈和队列

//头文件的声明
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>//链表接口定义
typedef int QDataType;
typedef struct QueueNode
{struct QueueNode* next;QDataType data;
}QNode;//队列接口定义
typedef struct Queue
{QNode* head;QNode* tail;int size;
}Que;//队列初始化
void QueueInit(Que* pq);
//队列销毁
void QueueDestroy(Que* pq);
//插入
void QueuePush(Que* pq, QDataType x);
//删除
void QueuePop(Que* pq);
//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq);
//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq);
//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq);
//计算长度
int QueueSize(Que* pq);void QueueInit(Que* pq)
{assert(pq);pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}void QueueDestroy(Que* pq)
{assert(pq);QNode* cur = pq->head;while (cur){QNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}pq->head = pq->tail = NULL;pq->size = 0;
}void QueuePush(Que* pq, QDataType x)
{assert(pq);QNode* newnode = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (pq->tail == NULL){pq->head = pq->tail = newnode;}else{pq->tail->next = newnode;pq->tail = newnode;}pq->size++;
}void QueuePop(Que* pq)
{assert(pq);//判断队列指针指向是否为空assert(!QueueEmpty(pq));//判断队列里面的数据是否为空if (pq->head->next == NULL){free(pq->head);pq->head = pq->tail = NULL;}else{QNode* next = pq->head->next;free(pq->head);pq->head = next;}pq->size--;
}//查找队头元素
QDataType QueueFront(Que* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->head->data;
}//查找队尾元素
QDataType QueueBack(Que* pq)
{assert(pq);assert(!QueueEmpty(pq));return pq->tail->data;
}//判断是否为空
bool QueueEmpty(Que* pq)
{assert(pq);return pq->head == NULL;
}//长度计算
int QueueSize(Que* pq)
{assert(pq);return pq->size;
}

队列实现栈的功能函数的定义

（1）栈的接口定义

typedef struct {Que q1;Que q2;
} MyStack;

（2）栈的初始化

MyStack* myStackCreate() {MyStack*pst = (MyStack*)malloc(sizeof(MyStack));QueueInit(&pst->q1);QueueInit(&pst->q2);return pst;
}

（3）入栈函数的定义

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

（4）出栈函数的定义

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

（5）查找栈顶元素

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

（6）判空函数的定义

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

（7）销毁函数的定义

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

二、用栈实现队列

题目链接：OJ链接

提示：
1 <= x <= 9
最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
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）

核心思想：
用栈模拟出队列的先入先出这一特性！

解题思路：
此题可以用两个栈实现，一个栈进行入队操作，另一个栈进行出队操作
出队操作： 当出队的栈不为空是，直接进行出栈操作，如果为空，需要把入队的栈元素全部导入到出队的栈，然后再进行出栈操作

图例解析

代码示例：

栈的接口实现

先将栈的实现接口导入

这里涉及到之前栈的建立的内容啦！
如果不了解的可以去看看：栈和队列

//栈的接口定义
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;//初始化
void STInit(ST* ps);
//销毁
void STDestroy(ST* ps);
//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x);
//删除
void STPop(ST* ps);
//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps);
//长度计算
int STSize(ST* ps);
//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps);//初始化
void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->capacity = 0;ps->top = 0;
}//销毁
void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}//插入
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);if (ps->top == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * newCapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");exit(-1);}ps->a = tmp;ps->capacity = newCapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}//删除栈顶元素
void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);--ps->top;
}//查找栈顶元素
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(ps->top > 0);return ps->a[ps->top - 1];
}//长度计算
int STSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}//判断是否为空
bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}

栈实现队列的功能函数的定义

（1）队列的接口定义

typedef struct {ST pushst;ST popst;
} MyQueue;

（2）队列的初始化

MyQueue* myQueueCreate() {MyQueue*obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));STInit(&obj->pushst);STInit(&obj->popst);return obj;
}

（3）入队函数的定义

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

（4）出队函数的定义

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

（5）查找队头函数的定义

int myQueuePeek(MyQueue* obj) {if(STEmpty(&obj->popst)){while(!STEmpty(&obj->pushst)){STPush(&obj->popst,STTop(&obj->pushst));STPop(&obj->pushst);}}return STTop(&obj->popst);
}

（6）判空函数的定义

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

（7）销毁函数的定义

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

三、设计循环队列

题目链接：OJ链接

提示：
所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
操作数将在 1 至 1000 的范围内；
请不要使用内置的队列库。

核心思想：
首尾相连循环即为环形！

解题思路：
通过一个定长数组实现循环队列
入队：首先要判断队列是否已满，再进行入队的操作，入队操作需要考虑索引循环的问题，当索引越界，需要让它变成最小值
出队：首先要判断队列是否为空，再进行出队操作，出队也需要考虑索引循环的问题
判空： 队头 == 队尾
判满： 队尾 + 1 == 队头

图例解析：



代码示例：

（1）循环队列的接口定义

typedef struct {int *a;int front;int rear;int k;
} MyCircularQueue;

（2）循环队列的初始化

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;
}

（3）判空函数的定义

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

（4）判满函数的定义

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

（5）循环队列插入函数的定义

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

（6）循环队列删除函数的定义

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

（7）查找队头函数的定义

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

（8）查找队尾函数的定义

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

（9）销毁函数的定义

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

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总结

今天的题目难度真的不小哦！
但也要相信自己！
自信就是最好解决问题的方法！