leetcode刷题（6）

左手的ㄟ右手 2023-09-26 20:24 118阅读 0赞

各位朋友们大家好，今天是我的leetcode刷题系列的第六篇。这篇文章将与队列方面的知识相关，因为这些知识用C语言实现较为复杂，所以我们就只使用Java来实现。

#### 文章目录 ####

*  设计循环队列
 *   *  题目要求
     *  用例输入
     *  提示
     *  做题思路
     *  代码实现
 *  用栈实现队列
 *   *  题目要求
     *  用例输入
     *  提示
     *  做题思路
     *  代码实现
 *  用队列实现栈
 *   *  题目要求
     *  用例输入
     *  做题思路
     *  代码实现

## 设计循环队列 ##

[leetcode之设计循环队列（难度：简单）][leetcode]

### 题目要求 ###

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作：

MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。  
Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。  
Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。  
enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。  
deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。  
isEmpty(): 检查循环队列是否为空。  
isFull(): 检查循环队列是否已满。

这是题目提供的接口

class MyCircularQueue {
        
    
        public MyCircularQueue(int k) {
        
    
        }
        
        public boolean enQueue(int value) {
        
    
        }
        
        public boolean deQueue() {
        
    
        }
        
        public int Front() {
        
    
        }
        
        public int Rear() {
        
    
        }
        
        public boolean isEmpty() {
        
    
        }
        
        public boolean isFull() {
        
    
        }
    }
    
    /**
     * Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
     * MyCircularQueue obj = new MyCircularQueue(k);
     * boolean param_1 = obj.enQueue(value);
     * boolean param_2 = obj.deQueue();
     * int param_3 = obj.Front();
     * int param_4 = obj.Rear();
     * boolean param_5 = obj.isEmpty();
     * boolean param_6 = obj.isFull();
     */

### 用例输入 ###

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3  
circularQueue.enQueue(1); // 返回 true  
circularQueue.enQueue(2); // 返回 true  
circularQueue.enQueue(3); // 返回 true  
circularQueue.enQueue(4); // 返回 false，队列已满  
circularQueue.Rear(); // 返回 3  
circularQueue.isFull(); // 返回 true  
circularQueue.deQueue(); // 返回 true  
circularQueue.enQueue(4); // 返回 true  
circularQueue.Rear(); // 返回 4

### 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。

### 做题思路 ###

在做这个题之前我们需要知道什么是循环队列。普通的队列我们应该知道吧，队列是一种数据结构，他的特点是一端进，一端出，先进先出（FIFO）。但是当它出队列了之后它队头的空间就被空出来了，我们插入数据的时候又只能从队尾插入，所以我们队头的空间就得不到利用了，这就造成了空间的浪费。而我么循环链表的原理是，当我们的队尾到达了数组的末尾时，我们再回来利用队头已经出去了的空间。

![在这里插入图片描述][ccbbbcfad5a048ebab0a3d4b30f93149.png]  
当队列里面为空时，front和rear都指向数组下表为0的位置，当向队列中插入数据的时候我们的rear就向后移动，rear = (rear+1)%length,当(rear+1)%length == front的时候说明队列满了。  
![在这里插入图片描述][f949cfceb73c4184ac12e992949f0de7.png]

![在这里插入图片描述][914b5c3286494b11a4315f6280966ed7.png]

![在这里插入图片描述][d60c750f58f44ea98925ac35e5933877.png]

### 代码实现 ###

class MyCircularQueue {
        
    
    //用数组实现队列
        private int[] elem;
        //队列的头
        private int front;
        //队列的尾
        private int rear;
    
        public MyCircularQueue(int k) {
        
        //这里我们浪费一个空间来判断队列是否满了
            this.elem = new int[k+1];
        }
    
        public boolean enQueue(int value) {
        
            if(isFull()) {
        
                return false;
            }
            this.elem[rear] = value;
            rear = (rear+1)%elem.length;
            return true;
        }
    
        public boolean deQueue() {
        
            if(isEmpty()) {
        
                return false;
            }
            front = (front+1)%elem.length;
            return true;
        }
    
        public int Front() {
        
            if(isEmpty()) {
        
                return -1;
            }
            return elem[front];
        }
    
        public int Rear() {
        
            if(isEmpty()) {
        
                return -1;
            }
            //因为rear总是指向队列尾的下一个位置，
            //所以我们返回队尾的值的时候就返回rear的前一个位置的值，
            //但是当rear为0时，我们不能返回-1，我们返回数组下标最大的值
            int index = (rear == 0) ? elem.length-1:rear-1;
            return elem[index];
        }
    
        public boolean isEmpty() {
        
            if(front == rear) {
        
                return true;
            }
            return false;
        }
    
        public boolean isFull() {
        
            return (rear+1)%elem.length == front;
        }
    }
    
    /**
     * Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
     * MyCircularQueue obj = new MyCircularQueue(k);
     * boolean param_1 = obj.enQueue(value);
     * boolean param_2 = obj.deQueue();
     * int param_3 = obj.Front();
     * int param_4 = obj.Rear();
     * boolean param_5 = obj.isEmpty();
     * boolean param_6 = obj.isFull();
     */

![在这里插入图片描述][b0b2b2e53bc84301afe0b462d4879fc2.png]

## 用栈实现队列 ##

[leetcode之用栈实现队列（难度：简单）][leetcode 1]

### 题目要求 ###

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾  
int pop() 从队列的开头移除并返回元素  
int peek() 返回队列开头的元素  
boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false  
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。

这是题目提供的接口

class MyQueue {
        
    
        public MyQueue() {
        
    
        }
        
        public void push(int x) {
        
    
        }
        
        public int pop() {
        
    
        }
        
        public int peek() {
        
    
        }
        
        public boolean empty() {
        
    
        }
    }
    
    /**
     * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
     * MyQueue obj = new MyQueue();
     * obj.push(x);
     * int param_2 = obj.pop();
     * int param_3 = obj.peek();
     * boolean param_4 = obj.empty();
     */

### 用例输入 ###

示例 1：

输入：  
\[“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”\]  
\[\[\], \[1\], \[2\], \[\], \[\], \[\]\]  
输出：  
\[null, null, null, 1, 1, false\]

解释：  
MyQueue myQueue = new MyQueue();  
myQueue.push(1); // queue is: \[1\]  
myQueue.push(2); // queue is: \[1, 2\] (leftmost is front of the queue)  
myQueue.peek(); // return 1  
myQueue.pop(); // return 1, queue is \[2\]  
myQueue.empty(); // return false

### 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）

### 做题思路 ###

我们都知道栈和队列的特点是不同的，栈是一端进出，先进后出（FILO），这与队列的一端进一端出，先进先出（FIFO）是不一样的。也就是我们用一个栈来实现队列是很难的，所以我们需要用两个栈stack1和stack2来实现队列。当我们插入数据的时候，如果satck2不为空，需要先将stack2中的数据弹出并插入到satck1中，然后再将需要插入的数据插入到stack1中，当我们取出数据的时候我们就将satack1中的数据弹出并插入到satck2中，然后我们对stack2进行弹出。  
我们先来看个例子：先push1，2，3，4，然后pop，再push5  
![在这里插入图片描述][792da676d67144599f628dab2cafffdc.png]  
插入1，2，3，4  
![在这里插入图片描述][6c5973366ed34dc588cf1eafa4373de6.png]  
取出数据  
![在这里插入图片描述][1d88dbe462d14ea79d19f290aaf50aa1.png]  
插入5  
![在这里插入图片描述][b8dea33b4ad54e38ac97ec075b393b4d.png]  
取出数据  
![在这里插入图片描述][8952d04c02f643b5bd9b32d24bb4cdab.png]

### 代码实现 ###

class MyQueue {
        
        private Stack<Integer> stack1;
        private Stack<Integer> stack2;
    
        public MyQueue() {
        
            stack1 = new Stack<>();
            stack2 = new Stack<>();
        }
    
        public void push(int x) {
        
            while(!stack2.isEmpty()) {
        
                stack1.push(stack2.pop());
            }
            stack1.push(x);
        }
    
        public int pop() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;
            }
            while(!stack1.isEmpty()) {
        
                stack2.push(stack1.pop());
            }
            return stack2.pop();
        }
    
        public int peek() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;
            }
            if(stack2.isEmpty()) {
        
                while(!stack1.isEmpty()) {
        
                    stack2.push(stack1.pop());
                }
            }
            return stack2.peek();
        }
    
        public boolean empty() {
        
            return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
        }
    }
    
    /**
     * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
     * MyQueue obj = new MyQueue();
     * obj.push(x);
     * int param_2 = obj.pop();
     * int param_3 = obj.peek();
     * boolean param_4 = obj.empty();
     */

![在这里插入图片描述][985e6cbc9ee04ff98562490a8db7ea4b.png]

## 用队列实现栈 ##

[leetcode之用队列实现栈（难度：简单）][leetcode 2]

### 题目要求 ###

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：

void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。  
int pop() 移除并返回栈顶元素。  
int top() 返回栈顶元素。  
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

注意：

你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。  
你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

### 用例输入 ###

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

这是题目提供的接口

class MyStack {
        
    
        public MyStack() {
        
    
        }
        
        public void push(int x) {
        
    
        }
        
        public int pop() {
        
    
        }
        
        public int top() {
        
    
        }
        
        public boolean empty() {
        
    
        }
    }
    
    /**
     * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
     * MyStack obj = new MyStack();
     * obj.push(x);
     * int param_2 = obj.pop();
     * int param_3 = obj.top();
     * boolean param_4 = obj.empty();
     */

### 做题思路 ###

这个题目我们同样只使用一个队列是无法实现栈的，所以我们还是需要两个队列qu1和qu2。我们插入数据就插入到非空队列中，如果两个队列都为空，我们就插入到qu1中；当我们需要取出数据的时候，我们需要将非空队列中size-1个数据弹出并插入到那个空队列中，然后再弹出非空队列中剩下的那个数据就是我们需要的数据。

举个例子：我们需要先插入1，2，3，4，然后弹出一次，再插入5，再弹出。  
![在这里插入图片描述][2ce4a73e96fc40b3a4691403e19dfcb9.png]  
弹出4  
![在这里插入图片描述][ad713f473d4a4ee59d47d34e64d6b68d.png]  
插入5  
![在这里插入图片描述][273a248992404c9d8bceeb8fe963189d.png]  
弹出5  
![在这里插入图片描述][4a2fcc8b5fe34a5aa6d4c1dd3682451d.png]

### 代码实现 ###

class MyStack {
        
    
        private Queue<Integer> qu1;
        private Queue<Integer> qu2;
        public MyStack() {
        
            qu1 = new LinkedList<>();
            qu2 = new LinkedList<>();
        }
    
        public void push(int x) {
        
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                qu1.offer(x);
            } else if(!qu2.isEmpty()) {
        
                qu2.offer(x);
            } else {
        
                qu1.offer(x);
            }
        }
    
        public int pop() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;
            }
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                int size = qu1.size();
                for(int i = 0; i<size-1; i++) {
        
                    int val = qu1.poll();
                    qu2.offer(val);
                }
                return qu1.poll();
            } else {
        
                int size = qu2.size();
                for(int i = 0; i<size-1; i++) {
        
                    int val = qu2.poll();
                    qu1.offer(val);
                }
                return qu2.poll();
            }
        }
    
        public int top() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;
            }
            int val1 = -1;
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                int size = qu1.size();
                for(int i = 0; i<size; i++) {
        
                    int val = qu1.poll();
                    val1 = val;
                    qu2.offer(val);
                }
            } else {
        
                int size = qu2.size();
                for(int i = 0; i<size; i++) {
        
                    int val = qu2.poll();
                    val1 = val;
                    qu1.offer(val);
                }
            }
            return val1;
        }
    
        public boolean empty() {
        
            return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
        }
    }
    
    /**
     * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
     * MyStack obj = new MyStack();
     * obj.push(x);
     * int param_2 = obj.pop();
     * int param_3 = obj.top();
     * boolean param_4 = obj.empty();
     */

![在这里插入图片描述][eb579761314e47ecbb7bcaff94509f15.png]

[leetcode]: https://leetcode.cn/problems/design-circular-queue/
[ccbbbcfad5a048ebab0a3d4b30f93149.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/ccbbbcfad5a048ebab0a3d4b30f93149.png
[f949cfceb73c4184ac12e992949f0de7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f949cfceb73c4184ac12e992949f0de7.png
[914b5c3286494b11a4315f6280966ed7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/914b5c3286494b11a4315f6280966ed7.png
[d60c750f58f44ea98925ac35e5933877.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d60c750f58f44ea98925ac35e5933877.png
[b0b2b2e53bc84301afe0b462d4879fc2.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/b0b2b2e53bc84301afe0b462d4879fc2.png
[leetcode 1]: https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/
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[leetcode 2]: https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/
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