1.stack的介绍和使用
1.1stack的介绍
1.2 stack的使用
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| stack() | 构造空的栈 |
| empty() | 判断是否为空 |
| size() | 返回stack中元素的个数 |
| tpo() | 返回栈顶元素的引用 |
| push() | 将元素val压入stack中 |
| pop() | 将stack的尾部元素弹出 |
1.3模拟实现stack
从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack。
#include<vector>
namespace bite
{
template<class T>
class stack
{
public:
stack() {}
void push(const T& x)
{
_c.push_back(x);
}
void pop()
{
_c.pop_back();
}
T& top()
{
return _c.back();
}
const T& top()const
{
return _c.back();
}
size_t size()const
{
return _c.size();
}
bool empty()const
{
return _c.empty();
}
private:
std::vector<T> _c;
};
}
2.利用经典题目了解stack的使用
class MinStack {
stack<int> a; // 主栈，用于存储所有压入栈的元素
stack<int> _min; // 辅助栈，用于存储最小值的历史记录
public:
// 构造函数，初始化辅助栈，将 INT_MAX 作为初始最小值
MinStack() {
_min.push(INT_MAX);
}
// 压栈操作：将元素压入主栈，并在满足条件时更新辅助栈
void push(int val) {
a.push(val);
// 若辅助栈为空或新值小于等于当前最小值，则将新值压入辅助栈
if(_min.empty() || val <= _min.top())
_min.push(val);
}
// 弹栈操作：移除主栈顶部元素，并在必要时更新辅助栈
void pop() {
// 若主栈顶元素等于当前最小值，则辅助栈也弹出顶部元素
if(a.top() == _min.top())
_min.pop();
a.pop();
}
// 获取栈顶元素：直接返回主栈的顶部元素
int top() {
return a.top();
}
// 获取当前最小值：直接返回辅助栈的顶部元素
int getMin() {
return _min.top();
}
};
/**
* Your MinStack object will be instantiated and called as such:
* MinStack* obj = new MinStack();
* obj->push(val);
* obj->pop();
* int param_3 = obj->top();
* int param_4 = obj->getMin();
*/
class Solution {
public:
bool IsPopOrder(vector<int> pushV, vector<int> popV) {
//入栈和出栈的元素个数必须相同
if (pushV.size() != popV.size())
return false;
// 用s来模拟入栈与出栈的过程
int outIdx = 0;
int inIdx = 0;
stack<int> s;
while (outIdx < popV.size()) {
// 如果s是空，或者栈顶元素与出栈的元素不相等，就入栈
while (s.empty() || s.top() != popV[outIdx]) {
if (inIdx < pushV.size())
s.push(pushV[inIdx++]);
else
return false;
}
// 栈顶元素与出栈的元素相等，出栈
s.pop();
outIdx++;
}
return true;
}
};
class Solution {
public:
int evalRPN(vector<string>& tokens) {
stack<int> s;
int a = 0;
while (a < tokens.size()) {
string token = tokens[a];
// 检查是否为运算符
if (token == "+" || token == "-" || token == "*" || token == "/") {
// 从栈中弹出两个操作数
int b = s.top(); s.pop();
int c = s.top(); s.pop();
// 根据运算符执行计算
switch (token[0]) {
case '+': s.push(c + b); break;
case '-': s.push(c - b); break;
case '*': s.push(c * b); break;
case '/': s.push(c / b); break;
}
} else {
// 如果是数字，转换为整数并入栈
s.push(stoi(token));
}
a++; // 移动到下一个token
}
return s.top();
}
};
3.queue的介绍和使用
3.1 queue的介绍
- 队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。
- 队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列，从队头出队列。
- 底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作:
empty：检测队列是否为空
size：返回队列中有效元素的个数
front：返回队头元素的引用
back：返回队尾元素的引用
push_back：在队列尾部入队列
pop_front：在队列头部出队列 - 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。
3.2 queue的使用
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| queue() | 构造空的队列 |
| empty() | 检测队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| size() | 返回队列中有效元素的个数 |
| front() | 返回队头元素的引用 |
| back() | 返回队尾元素的引用 |
| push() | 在队尾将元素val入队列 |
| pop() | 将队头元素出队列 |
3.3 queue的模拟实现
因为queue的接口中存在头删和尾插，因此使用vector来封装效率太低，故可以借助list来模拟实现queue，具体如下：
template<class T>
class queue
{
public:
queue() {}
void push(const T& x) { _c.push_back(x); }
void pop() { _c.pop_front(); }
T& back() { return _c.back(); }
const T& back()const { return _c.back(); }
T& front() { return _c.front(); }
const T& front()const { return _c.front(); }
size_t size()const { return _c.size(); }
bool empty()const { return _c.empty(); }
private:
std::list<T> _c;
};
4.priority_queue的介绍和使用
4.1 priority_queue的介绍
- 优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
- 此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。
- 优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。
- 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问，并支持以下操作：
empty()：检测容器是否为空
size()：返回容器中有效元素个数
front()：返回容器中第一个元素的引用
push_back()：在容器尾部插入元素
pop_back()：删除容器尾部元素 - 标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的priority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。
- 需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。
4.2 priority_queue的使用
优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构，因此priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：默认情况下priority_queue是大堆。
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| priority_queue()/priority_queue(first,last) | 构造一个空的优先级队列 |
| empty( ) | 检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素 |
| push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
| pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素 |
注意：
- 默认情况下，priority_queue是大堆
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional> // greater算法的头文件
void TestPriorityQueue()
{
// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
vector<int> v{ 3,2,7,6,0,4,1,9,8,5 };
priority_queue<int> q1;
for (auto& e : v)
q1.push(e);
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
cout << q2.top() << endl;
}
- 如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestPriorityQueue()
{
// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2018, 10, 29));
q1.push(Date(2018, 10, 28));
q1.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2018, 10, 29));
q2.push(Date(2018, 10, 28));
q2.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q2.top() << endl;
}