【数据结构】栈与队列:基础 + 竞赛高频算法实操(含代码实现)

发布于:2025-03-18 ⋅ 阅读:(18) ⋅ 点赞:(0)

什么是栈?什么是队列?

什么是先进后出?什么是先进先出?

了解基础之后,又如何用来写算法题?

带着这些疑问,让我带领你,走进栈与队列的世界

栈与队列

栈:

1、栈的基本定义:

栈其实就是一种线性表,它只允许在固定的一段进行插入或者删除元素。

你可以把它想象成一个只能从上面开口放东西和拿东西的盒子。

那个能放东西和拿东西的上面开口的地方,我们就叫它栈顶。

2、栈的核心操作:入栈、出栈、取栈顶元素

3、栈的特性:先进后出(LIFO,Last In First Out)

什么意思呢?

就拿枪的弹夹来举例,把(栈)比作弹夹,把(元素)类比为子弹。

当你往弹夹里压子弹的时候,最后压进去的那颗子弹,会在最上面,

等开枪的时候,它会第一个被打出去。

而最开始压进去的子弹,因为被后来的子弹压在下面了,

所以是最后才被打出来的。

这就是先进后出

队列:

1、队列的基本定义:

队列本质上也是一种特殊的线性表。

它就像我们在排队一样,只允许在队伍尾部(队尾)加人(元素),只有队伍的最前排(队首)人(元素)才能离开。

2、队列的核心操作:入队列、出队列、取出队首元素。

3、队列的特性:先进先出(FIFO,First In First Out)

什么意思呢?

就像火车过隧道的例子,火车头就是队首,火车尾就是队尾。

火车进隧道的时候,车头先进入隧道,等出隧道的时候,也是车头先出来,

车尾后进去所以就后出来。

这就跟队列里的元素一样,先进入队列的元素会先出队列,后进入的就后出队列。

深度思索

上方只能让你浅显的了解各个函数的表层含义,它和咱们计算机还是不搭边的。

那他们在计算机中,那些场景会用到这些呢?

栈:

最典型的就是嵌套结构管理

  • 括号匹配:遇到 (){} 等符号时,会将左括号,压入栈中,当遇到右括号时,判断栈中括号是否匹配。
  • 调用函数:程序调用函数时,会把当前位置压栈保存,等函数执行完毕之后再按逆序返回。

栈在算法中的常见应用

  • 表达式求值(中缀转后缀表达式)
  • 浏览器后退 / 前进功能
  • 迷宫寻路算法(深度优先搜索 DFS)

队列:

  • 任务公平调度,多个程序排队等待CPU处理,按顺序执行避免混乱。
  • 异步通信桥梁,微信发消息时,消息先入队列,对方手机再按顺序接收,避免同步压力

队列在算法中的常见应用

  • 广度优先搜索(BFS)
  • 消息队列系统(Kafka/RabbitMQ)
  • 缓存淘汰策略(FIFO 算法)

栈与队列的算法实现

栈的实现:

栈最常用的四个函数,放入、弹出、取栈顶元素、判断是否为空

基于顺序表实现栈:

const int max_size = 100;
struct MyStack{
private:
    int arr[max_size];
    int size;
public:
    // 初始化
    MyStack():size(0){};
    // 放入
    void push(int val){
        if(size>max_size-1){
            cout<<"已抵达最大容量"<<endl;
        }
        arr[size]=val;
        size++;
    }
    // 弹出
    int pop(){
        if(empty()){
            cout<<"暂无数据,弹出失败"<<endl;
            return 0;
        }
        int cur = arr[size-1];
        size--;
        return cur;
    }
    int top() {
        if (empty()) {
            cout << "该栈为空栈" << endl;
            return 0;
        }
        int cur = arr[size-1];
        return cur;
    }
    bool empty(){
        if(size<=0) return true;
        else return false;
    }
};


int main(){

    return 0;
}

基于链表实现栈:


struct Node{
public:
    int val;
    Node* next;
    Node():val(0),next(nullptr){}
    Node(int val):val(val),next(nullptr){}
};

struct MyStack{
private:
    // 链表头指针
    Node* head; // 不同的色彩,我也想见一见
public:
    ~MyStack(){
        while(head){
            Node* temp = head;
            head = head->next;
            delete temp;
        }
    }
    MyStack():head(nullptr){}
    // 入栈
    void push(int val){
        Node* cur = new Node(val);
        cur->next = head;
        head = cur;
    }
    // 出栈
    int pop(){
        if(empty()){
            cout<<"空栈"<<endl;
            return 0;
        }
        Node* temp = head;
        int cur = temp->val;
        head = head->next;
        delete temp;
        return cur;
    }
    // 取元素
    int top(){
        if(empty()){
            cout<<"空栈"<<endl;
            return 0;
        }
        return head->val;
    }
    // 判断是否为空
    bool empty(){
        return head == nullptr;
    }

};

队列的实现:

基于顺序表实现队列

// 基于数组,实现的循环队列
const int CAPACITY = 100;
struct MyQueue{
private:
    int data[CAPACITY];
    int head;
    int tail;
    int count;
public:
    MyQueue():head(0),tail(0),count(0){}
    // 入队列
    void push(int val){
        if(count>=CAPACITY){
            cout<<"队列已满"<<endl;
            return;
        }
        data[tail] = val;
        tail = (tail+1)%CAPACITY;
        count+=1;
    }
    // 出队列
    int pop(){
        if(empty()){
            cout<<"空队列"<<endl;
            return 0;
        }
        int cur = data[head];
        head=(head+1)%CAPACITY;
        count--;
        return cur;
    }
    // 取队首元素
    int top(){
        if(empty()){
            cout<<"空队列"<<endl;
            return 0;
        }
        int cur = data[head];
        return cur;
    }
    // 判断是否为空
    bool empty(){
        return !count;
    }
};

基于链表实现队列

#include <iostream>

// 基于链表来实现队列
class MyQueue{
private:
    // 定义链表节点的结构体
    struct Node {
        int val;  // 节点存储的值
        Node* next;  // 指向下一个节点的指针
        // 节点的构造函数,用于初始化节点的值
        Node(int val) : val(val), next(nullptr) {}
    };

    Node* newHead;  // 链表的头节点指针
    Node* newTail;  // 链表的尾节点指针

public:
    // 队列的构造函数,初始化头节点和尾节点指针为 nullptr,表示队列为空
    MyQueue() : newHead(nullptr), newTail(nullptr) {}

    // 析构函数,用于释放链表中所有节点的内存,防止内存泄漏
    ~MyQueue() {
        while (newHead) {
            Node* temp = newHead;
            newHead = newHead->next;
            delete temp;
        }
    }

    // 1. 入队列,就是尾插,为了和 Java 库中的队列保持一致,用 bool 返回值
    bool offer(int val) {
        // 创建一个新的节点,存储要插入的值
        Node* newNode = new Node(val);

        // 特殊情况处理:如果链表为空
        if (newHead == nullptr) {
            // 新节点既是头节点也是尾节点
            newHead = newNode;
            newTail = newNode;
        } else {
            // 一般情况处理:将新节点插入到链表尾部
            newTail->next = newNode;
            // 更新尾节点指针指向新的尾节点
            newTail = newTail->next;
        }
        return true;
    }

    // 2. 出队列,就是头删,注意头删也是要返回那个要删除的值
    int poll() {
        // 特殊情况处理:链表为空,没得删
        if (newHead == nullptr) {
            std::cout << "队列为空,无法出队" << std::endl;
            return -1;  // 这里用 -1 表示出队失败,可根据实际情况修改
        }

        // 保存要出队的值
        int ret = newHead->val;
        Node* temp = newHead;

        // 链表只有一个元素的情况
        if (newHead->next == nullptr) {
            // 出队后链表为空,头节点和尾节点都置为 nullptr
            newHead = nullptr;
            newTail = nullptr;
        } else {
            // 一般情况处理:更新头节点指针指向下一个节点
            newHead = newHead->next;
        }

        // 释放被删除节点的内存
        delete temp;
        return ret;
    }

    // 3. 取队列首元素
    int top() {
        // 特殊情况处理:链表为空,没得取
        if (newHead == nullptr) {
            std::cout << "队列为空,无法获取队首元素" << std::endl;
            return -1;  // 这里用 -1 表示获取失败,可根据实际情况修改
        }
        // 一般情况处理:返回头节点的值
        return newHead->val;
    }
};

竞赛中如何运用

其实这才是很多人关心的问题!毕竟学了,就是为了用!

但是怎么用呢?

总不能每次用到栈和队列时,都手敲实现吧?那太抽象了点!

所以,我们这里就引入了STL库中的<stack>与<queue>两个函数库

先简单的说一下,拓展一下认知:

栈与队列 是 以底层容器完成其所有的工作,对外提供统一的接口,底层容器是可插拔的(也就是说我们可以控制使用哪种容器来实现栈与队列的功能)。

所以STL中栈往往不被归类为容器,而被归类为container adapter(容器适配器)。

那么问题来了,STL 中栈是用什么容器实现的?

从下图中可以看出,栈的内部结构,栈的底层实现可以是vector,deque,list 都是可以的, 主要就是数组和链表的底层实现。

<stack> /stæk/

  • 栈顶插入(push)
  • 栈顶弹出(pop)
  • 栈顶获取元素(top)
  • 判断是否为空(empty)
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main(){
    stack<int> s1;
    s1.push(1);
    s1.push(2);
    s1.pop();
    cout<<s1.top();
    while(!s1.empty()){
        cout<<s1.top();
        s1.pop();
    }
    cout<<endl;
    // ==== 作为容器适配器 ====
    stack<int,deque<int>> s2;
    s2.push(1);
    s2.push(2);
    s2.pop();
    cout<<s2.top();
    while(!s2.empty()){
        cout<<s2.top();
        s2.pop();
    }


    return 0;
}

<queue> /kjuː/

  • 插入(push)
  • 删除(pop)
  • 获取队首(front)
  • 获取队尾(back)
  • 判断非空(empty)
#include <queue>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    queue<int> q1;
    q1.push(1);
    q1.push(2);
    q1.push(3);
    // 首
    cout<<q1.front()<<endl;
    // 尾
    cout<<q1.back()<<endl;
    // 循环取出
    while(!q1.empty()){
        cout<<q1.front()<<endl;
        q1.pop();
    }


    return 0;
}

大纲

基础

一、用栈实现队列-(解析)-基础

二、用队列实现栈-(解析)-基础

三、有效的括号-(解析)-栈的基础应用

四、删除字符串中的所有相邻重复项-(解析)-栈的基础应用

五、 逆波兰表达式求值-(解析)-栈的基础应用

 六、滑动窗口最大值-(解析)-单调栈的基本应用

七、前 K 个高频元素-(解析)-

蓝桥真题

一、买二赠一-(解析)-将队列做为辅助空间

题目

基础练习

一、用栈实现队列

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(pushpoppeekempty):

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 toppeek/pop from topsize, 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。

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 pushpoppeek 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)
class MyQueue {
private:
    stack<int> s1;
    stack<int> s2;
public:
    // 推入
    void push(int val){
        s1.push(val);
    }
    // 交换函数
    void Swap(stack<int>& s1, stack<int>& s2){
        while(!s1.empty()){
            s2.push(s1.top());
            s1.pop();
        }
    }
    // 移除
    int pop(){
        Swap(s1,s2);
        int cur = s2.top();
        s2.pop();
        Swap(s2,s1);
        return cur;
    }
    // 返回开头元素
    int peek(){
        Swap(s1,s2);
        int cur = s2.top();
        Swap(s2,s1);
        return cur;
    }

    // 判断非空
    bool empty(){
        return s1.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();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

二、用队列实现栈

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(pushtoppop 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:

  • 你只能使用队列的标准操作 —— 也就是 push to backpeek/pop from frontsize 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。

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

提示:

  • 1 <= x <= 9
  • 最多调用100 次 pushpoptop 和 empty
  • 每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空
class MyStack {
private:
    queue<int> q1;
    queue<int> q2;
public:
    // 压入元素
    void push(int val){
        q1.push(val);
    }
    // 交换元素
    void Swap(queue<int>& q1, queue<int>& q2){
        while(q1.size()>1){
            q2.push(q1.front());
            q1.pop();
        }
    }
    // 移除元素
    int pop(){ // 移除元素
        Swap(q1,q2);
        int val = q1.front();
        q1.pop();
        Swap(q2,q1);
        if(q2.size()!=0){
            q1.push(q2.front());
            q2.pop();
        }
        return val;
    }
    // 取出元素
    int top(){
        Swap(q1,q2);
        int val = q1.front();

        q2.push(val);
        q1.pop();

        Swap(q2,q1);
        if(q2.size()!=0){
            q1.push(q2.front());
            q2.pop();
        }
        return val;
    }
    
    // 判断非空
    bool empty(){
        return q1.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();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

三、有效的括号

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:

  1. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
  2. 左括号必须以正确的顺序闭合。
  3. 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。

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:true

提示:

  • 1 <= s.length <= 104
  • s 仅由括号 '()[]{}' 组成
class Solution {
    // 解决符号问题,就是stack的专场
    // 考虑的不够周全
    /*
        3种特殊情况
        右括号的情况:
        1、右括号的左边不是对应括号
        2、出现右括号,但是stack为空
        意外情况:
        1、字符串遍历完,仍然还有符号
    */
public:
    bool isValid(string s) {
        stack<int> myStack;
        for(char c : s){
            if(c=='('||c=='['||c=='{') myStack.push(c);
            else{
                if(myStack.size()==0) return false;
                else {
                    char ch = myStack.top();
                    if(ch=='('&&c==')') myStack.pop();
                    else if(ch=='['&&c==']')  myStack.pop();
                    else if(ch=='{'&&c=='}')  myStack.pop();
                    else return false;
                }
            }
        }
        if(myStack.size()!=0) return false;
        return true;
    }
};

四、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"。

提示:

  1. 1 <= s.length <= 105
  2. s 仅由小写英文字母组成。
class Solution {
    // 相邻匹配问题,stack的专场
    stack<char> myStack; 
public:
    string removeDuplicates(string s) {
        for(char c : s){
            if(!myStack.empty() && myStack.top()==c) myStack.pop();
            else myStack.push(c);
        }
        string str="";
        while(!myStack.empty()){
            str+=myStack.top();
            myStack.pop();
        }
        reverse(str.begin(),str.end());
        return str;
    }
};

五、逆波兰表达式求值

给你一个字符串数组 tokens ,表示一个根据 逆波兰表示法 表示的算术表达式。

请你计算该表达式。返回一个表示表达式值的整数。

注意:

  • 有效的算符为 '+''-''*' 和 '/' 。
  • 每个操作数(运算对象)都可以是一个整数或者另一个表达式。
  • 两个整数之间的除法总是 向零截断 。
  • 表达式中不含除零运算。
  • 输入是一个根据逆波兰表示法表示的算术表达式。
  • 答案及所有中间计算结果可以用 32 位 整数表示。

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

提示:

  • 1 <= tokens.length <= 104
  • tokens[i] 是一个算符("+""-""*" 或 "/"),或是在范围 [-200, 200] 内的一个整数

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。

  • 平常使用的算式则是一种中缀表达式,如 ( 1 + 2 ) * ( 3 + 4 ) 。
  • 该算式的逆波兰表达式写法为 ( ( 1 2 + ) ( 3 4 + ) * ) 。

逆波兰表达式主要有以下两个优点:

  • 去掉括号后表达式无歧义,上式即便写成 1 2 + 3 4 + * 也可以依据次序计算出正确结果。
  • 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
class Solution {
    // 栈是符号表达式的专场
    stack<long long> s;
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        for(string str : tokens){
            if(str=="+"||str=="-"||str=="*"||str=="/"){
                int num2 = s.top(); s.pop();
                int num1 = s.top(); s.pop();
                if(str=="+") s.push(num1+num2);
                else if(str=="-") s.push(num1-num2);
                else if(str=="*") s.push(num1*num2);
                else s.push(num1/num2);
            }
            else s.push(stoll(str));
        }
        return s.top();
    }
};

六、滑动窗口最大值

给你一个整数数组 nums,有一个大小为 k 的滑动窗口从数组的最左侧移动到数组的最右侧。你只可以看到在滑动窗口内的 k 个数字。滑动窗口每次只向右移动一位。

返回 滑动窗口中的最大值 

示例 1:

输入:nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], k = 3
输出:[3,3,5,5,6,7]
解释:
滑动窗口的位置                最大值
---------------               -----
[1  3  -1] -3  5  3  6  7       3
 1 [3  -1  -3] 5  3  6  7       3
 1  3 [-1  -3  5] 3  6  7       5
 1  3  -1 [-3  5  3] 6  7       5
 1  3  -1  -3 [5  3  6] 7       6
 1  3  -1  -3  5 [3  6  7]      7

示例 2:

输入:nums = [1], k = 1
输出:[1]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 105
  • -104 <= nums[i] <= 104
  • 1 <= k <= nums.length
class Solution {
private:
    struct myQueue{ // 手搓,单调队列 v
        private:
        deque<int> myDeque;
        public:
        void push(int val){ // 放
            while(!myDeque.empty()&&myDeque.back()<val) myDeque.pop_back();
            myDeque.push_back(val);
        }
        void pop(int val){ // 弹出
            if(!myDeque.empty() && val==myDeque.front()) myDeque.pop_front();
        }
        int front(){ // 输出
            if(!myDeque.empty()) return myDeque.front();
            return 0;
        }
    };
public:
    vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
        vector<int> vec;
        myQueue mq;
        for(int i=0; i<k; ++i) mq.push(nums[i]); // 存入
        vec.push_back(mq.front()); 
        for(int i=k; i<nums.size(); ++i){
            mq.pop(nums[i-k]);
            mq.push(nums[i]);
            int val = mq.front();
            vec.push_back(mq.front());
        }
        return vec;
    }
};

七、前 K 个高频元素

给你一个整数数组 nums 和一个整数 k ,请你返回其中出现频率前 k 高的元素。你可以按 任意顺序 返回答案。

示例 1:

输入: nums = [1,1,1,2,2,3], k = 2
输出: [1,2]

示例 2:

输入: nums = [1], k = 1
输出: [1]

提示:

  • 1 <= nums.length <= 105
  • k 的取值范围是 [1, 数组中不相同的元素的个数]
  • 题目数据保证答案唯一,换句话说,数组中前 k 个高频元素的集合是唯一的

进阶:你所设计算法的时间复杂度 必须 优于 O(n log n) ,其中 n 是数组大小。

哒哒哒,后续补充

蓝桥真题

一、买二赠一

问题描述

某商场有 NN 件商品,其中第 ii 件的价格是 AiAi​。现在该商场正在进行 “买二赠一” 的优惠活动,具体规则是:每购买 22 件商品,假设其中较便宜的价格是 PP(如果两件商品价格一样,则 PP 等于其中一件商品的价格),就可以从剩余商品中任选一件价格不超过 P22P​ 的商品,免费获得这一件商品。可以通过反复购买 22 件商品来获得多件免费商品,但是每件商品只能被购买或免费获得一次。

小明想知道如果要拿下所有商品(包含购买和免费获得),至少要花费多少钱?

输入格式

第一行包含一个整数 NN。

第二行包含 NN 个整数,代表 A1,A2,A3,…,ANA1​,A2​,A3​,…,AN​。

输出格式

输出一个整数,代表答案。

样例输入

7
1 4 2 8 5 7 1

样例输出

25

样例说明

小明可以先购买价格 44 和 88 的商品,免费获得一件价格为 11 的商品;再后买价格为 55 和 77 的商品,免费获得价格为 22 的商品;最后单独购买剩下的一件价格为 11 的商品。总计花费 4+8+5+7+1=254+8+5+7+1=25。不存在花费更低的方案。

评测用例规模与约定

对于 3030% 的数据,1≤N≤201≤N≤20。

对于 100100% 的数据,1≤N≤5×1051≤N≤5×105,1≤Ai≤1091≤Ai​≤109。

Java版:

import java.util.*;
// 重点在于Queue这种辅助空间,不易想到
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        // 读取输入的元素个数
        int n = scanner.nextInt();
        // 创建一个长整型数组来存储输入的元素
        long[] vec = new long[n];
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            // 读取每个元素并存储到数组中
            vec[i] = scanner.nextLong();
        }
        // 对数组进行降序排序
        Arrays.sort(vec);
        reverseArray(vec);

        // 创建一个队列来存储处理后的元素
        Queue<Long> que = new LinkedList<>();
        int k = 0;
        long sum = 0;

        // 遍历排序后的数组
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            // 如果队列不为空且队列头部元素大于等于当前数组元素
            if (!que.isEmpty() && que.peek() >= vec[i]) {
                // 移除队列头部元素
                que.poll();
                continue;
            }
            // 如果 k 小于 2
            if (k < 2) {
                k++;
                // 累加当前数组元素到总和中
                sum += vec[i];
            }
            // 如果 k 大于等于 2
            if (k >= 2) {
                // 将当前数组元素除以 2 后加入队列
                que.add(vec[i] / 2);
                k = 0;
            }
        }
        // 输出总和
        System.out.println(sum);
        scanner.close();
    }

    // 反转数组元素顺序以实现降序排序
    public static void reverseArray(long[] arr) {
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        while (left < right) {
            long temp = arr[left];
            arr[left] = arr[right];
            arr[right] = temp;
            left++;
            right--;
        }
    }
}

C++版:

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <queue>
#include <vector>
#define ll long long
using namespace std;
// 重点在于,queue这种辅助空间,不会轻易被想到
bool cmp(ll a, ll b){
    return a>b;
}
int main()
{
    // 理智,一点
    int n;
    cin>>n;
    vector<ll> vec(n);
    for(int i=0; i<n; ++i) cin>>vec[i];
    sort(vec.begin(),vec.end(),cmp); // 排序
    queue<ll> que;
    int k=0;
    ll sum=0;
    for(int i=0; i<n; ++i){
        if(!que.empty()&&que.front()>=vec[i]){
            que.pop();
            continue;
        }
        if(k<2){
            k++;
            sum+=vec[i];
        }
        if(k>=2){
            que.push(vec[i]/2);
            k=0;
        }
    }
    cout<<sum<<endl;
    return 0;
}

知识点

1、析构函数的作用

  • 自动调用:其作用是,在对象生命周期结束时自动释放资源,防止资源泄露。
  • 怎么调用:类名(){...}前加上~,代表析构。
  • 默认实现:未被显示定义,编辑器会自动生成一个空析构函数。

2、C++标准库<deque> /dek/

deque /dek/ 是标准模版库(STL)的一部分,他提供了双端队列(double-ended queue)的实现。

是一种允许,在两端进行插入和删除操作的线性数据结构。

并且<deque>的随机访问时间复杂度为O(1)。

不过deque 是由多个连续的存储块组成的,这些存储块在内存中不一定是连续的。只是随机访问的话,还是vector(头插O(n),尾插O(1))比较合适。

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main(){
    deque<int> myDeque;
    // 插入
    myDeque.push_back(3);
    myDeque.push_back(4);
    myDeque.push_front(2);
    myDeque.push_front(1);
    // 访问元素
    for(int i=0; i<myDeque.size(); ++i){
        cout<<myDeque[i]<<endl;
    }
    // 删除元素
    myDeque.pop_back();
    myDeque.pop_front();

    // 访问头部与尾部元素
    cout<<myDeque.front()<<endl;
    cout<<myDeque.back()<<endl;
    
    return 0;
}


借鉴博客:

1、数据结构:栈和队列(Stack & Queue)【详解】

2、栈和队列(详细版,一看就懂。包含栈和队列的定义、意义、区别,实现)

3、栈与队列理论基础

4、C++ 标准库 <stack>

5、C++ 容器类 <queue>