大厂算法面试之leetcode精讲17.栈

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目录：

1.开篇介绍

2.时间空间复杂度

3.动态规划

4.贪心

5.二分查找

6.深度优先&广度优先

7.双指针

8.滑动窗口

9.位运算

10.递归&分治

11剪枝&回溯

12.堆

13.单调栈

14.排序算法

15.链表

16.set&map

17.栈

18.队列

19.数组

20.字符串

21.树

22.字典树

23.并查集

24.其他类型题

• Stack的特点：先进后出（FILO）

• 使用场景：十进制转2进制 函数调用堆栈

• js里没有栈，但是可以用数组模拟

  42/2 42%2=0
  21/2 21%2=1
  10/2 10%2=0
  5/2   5%2=1
  2/2   2%2=0
  1/2   1%2=1
  stack: [0,1,0,1,0,1]
  res:    1 0 1 0 1 0
  
  fn1(){
    fn2()
  }
  fn2(){
      fn3()
    }
  fn3(){}
  fn1()
  
  stack:[fn1,fn2,fn3]
  

• 栈的时间复杂度：入栈和出栈O(1)，查找O(n)

20. 有效的括号 (easy)

方法1.栈

• 思路：首先如果字符串能组成有效的括号，则长度一定是偶数，我们可以遍历字符串，遇到左括号则暂存，期待后面有右括号可以和它匹配，如果遇到右括号则检查是否能和最晚暂存的做括号匹配。这就和栈这种数据结构先进后出的特性相吻合了。所以我们可以准备一个栈存放括号对，遍历字符串的时候，如果遇到左括号入栈，遇到右括号则判断右括号是否能和栈顶元素匹配，在循环结束的时候还要判断栈是否为空，如果不为空，则不是有效括号匹配的字符串
• 复杂度分析：时间复杂度O(n)，空间复杂度O(n)，n为字符串的长度

js:

var isValid = function(s) {
    const n = s.length;
    if (n % 2 === 1) {//如果字符串能组成有效的括号，则长度一定是偶数
        return false;
    }
    const pairs = new Map([//用栈存储括号对
        [')', '('],
        [']', '['],
        ['}', '{']
    ]);
    const stk = [];
    for (let ch of s){//循环字符串
        if (pairs.has(ch)) {
          	//遇到右括号则判断右括号是否能和栈顶元素匹配
            if (!stk.length || stk[stk.length - 1] !== pairs.get(ch)) {
                return false;
            }
            stk.pop();
        } else {
            stk.push(ch);//如果遇到左括号入栈
        }
    };
    return !stk.length;//循环结束的时候还要判断栈是否为空
};

Java:

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        int n = s.length();
        if (n % 2 == 1) {
            return false;
        }

        Map<Character, Character> pairs = new HashMap<Character, Character>() {{
            put(')', '(');
            put(']', '[');
            put('}', '{');
        }};
        Deque<Character> stack = new LinkedList<Character>();
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            char ch = s.charAt(i);
            if (pairs.containsKey(ch)) {
                if (stack.isEmpty() || stack.peek() != pairs.get(ch)) {
                    return false;
                }
                stack.pop();
            } else {
                stack.push(ch);
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}

232. 用栈实现队列 (easy)

方法1.栈

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• 思路：这是一道模拟题，不涉及到具体算法，考察的就是对栈和队列的掌握程度。使用栈来模式队列的行为，如果仅仅用一个栈，是一定不行的，所以需要两个栈一个输入栈，一个输出栈，这里要注意输入栈和输出栈的关系。在push数据的时候，只要数据放进输入栈就好，但在pop的时候，操作就复杂一些，输出栈如果为空，就把进栈数据全部导入进来（注意是全部导入），再从出栈弹出数据，如果输出栈不为空，则直接从出栈弹出数据就可以了。最后如果进栈和出栈都为空的话，说明模拟的队列为空了。
• 复杂度分析：push时间复杂度O(1)，pop时间复杂度为O(n) ，因为pop的时候，输出栈为空，则把输入栈所有的元素加入输出栈。空间复杂度O(n)，两个栈空间

js:

var MyQueue = function() {
  //准备两个栈
   this.stack1 = [];
   this.stack2 = [];
};

MyQueue.prototype.push = function(x) {//push的时候加入输入栈
   this.stack1.push(x);
};

MyQueue.prototype.pop = function() {
   const size = this.stack2.length;
   if(size) {//push的时候判断输出栈是否为空
       return this.stack2.pop();//不为空则输出栈出栈
   }
   while(this.stack1.length) {//输出栈为空，则把输入栈所有的元素加入输出栈
       this.stack2.push(this.stack1.pop());
   }
   return this.stack2.pop();
};

MyQueue.prototype.peek = function() {
   const x = this.pop();//查看队头的元素 复用pop方法，然后在让元素push进输出栈
   this.stack2.push(x);
   return x;
};

MyQueue.prototype.empty = function() {
   return !this.stack1.length && !this.stack2.length
};

Java:

class MyQueue {

    Stack<Integer> stack1;
    Stack<Integer> stack2;

    public MyQueue() {
        stack1 = new Stack<>();
        stack2 = new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        stack1.push(x);
    }
    
    public int pop() {    
        dumpStack1();
        return stack2.pop();
    }
    
    public int peek() {
        dumpStack1();
        return stack2.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
    }

    private void dumpStack1(){
        if (stack2.isEmpty()){
            while (!stack1.isEmpty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
    }
}

155. 最小栈 (easy)

• 思路：定义两个栈stack和min_stack，stack正常push，min_stack只会push需要入栈和栈顶中较小的元素。getMin返回min_stack栈顶元素，top返回stack栈顶元素。
• 复杂度：所有操作的时间复杂度是O(1)

js:

var MinStack = function () {
    this.stack = [];
    this.min_stack = [Infinity];
};

//stack正常push，min_stack只会push需要入栈和栈顶中较小的元素
MinStack.prototype.push = function (x) {
    this.stack.push(x);
    this.min_stack.push(Math.min(this.min_stack[this.min_stack.length - 1], x));
};

//stack正常pop，min_stack正常pop
MinStack.prototype.pop = function () {
    this.stack.pop();
    this.min_stack.pop();
};

//返回stack栈顶元素
MinStack.prototype.top = function () {
    return this.stack[this.stack.length - 1];
};

//返回min_stack栈顶元素
MinStack.prototype.getMin = function () {
    return this.min_stack[this.min_stack.length - 1];
};

java:

class MinStack {
  Deque<Integer> stack;
  Deque<Integer> minStack;

  public MinStack() {
      stack = new LinkedList<Integer>();
      minStack = new LinkedList<Integer>();
      minStack.push(Integer.MAX_VALUE);
  }
  
  public void push(int x) {
      stack.push(x);
      minStack.push(Math.min(minStack.peek(), x));
  }
  
  public void pop() {
      stack.pop();
      minStack.pop();
  }
  
  public int top() {
      return stack.peek();
  }
  
  public int getMin() {
      return minStack.peek();
  }
}

946. 验证栈序列 （medium）

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• 思路：用栈模拟出栈入栈的过程，当popped中index指向的位置的元素和stack栈顶的元素一致时，出栈 并且 index++，最后判断stack是否为空
• 复杂度：时间复杂度O(n)，pushed中的元素入栈出栈一次，空间复杂度O(n)，栈的大小

js：

const validateStackSequences = (pushed, popped) => {
    const stack = [];//用栈模拟出栈入栈的过程
    let index = 0;
    const len = pushed.length;
    for (let i = 0; i < len; i++) {
        stack.push(pushed[i]);
      	//当popped中index指向的位置的元素和stack栈顶的元素一致时，出栈 并且 index++
        while (popped[index] !== undefined && popped[index] === stack[stack.length - 1]) {
            stack.pop();
            index++;
        }
    }
    return !stack.length;//最后判断stack是否为空
};

java:

class Solution {
    public boolean validateStackSequences(int[] pushed, int[] popped) {
        if(pushed == null){
            return true;
        }
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int index = 0;
        for(int i=0;i<pushed.length;i++){
            stack.push(pushed[i]);
            while(!stack.isEmpty() && index < popped.length && popped[index] == stack.peek()){
                int pop = stack.pop();
                index++;
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}

445. 两数相加 II （medium）

• 思路：将两个链表的节点都推入栈中，然后不断出栈，计算每个位置的值和进位，串连成一个新的链表
• 复杂度：时间复杂度O(max(m,n))，m，n是两个链表的长度，空间复杂度O(m+n)

js：

var addTwoNumbers = function(l1, l2) {
    const stack1 = [];
    const stack2 = [];
    while (l1 || l2) {//两链表入栈
        if (l1) {
            stack1.push(l1.val);
            l1 = l1.next;
        }
        if (l2) {
            stack2.push(l2.val);
            l2 = l2.next;
        }
    }
    let carry = 0;
    let ansList = null;
    while (stack1.length || stack2.length || carry !== 0) {//不断出栈
        const s1 = stack1.length ? stack1.pop() : 0;
        const s2 = stack2.length ? stack2.pop() : 0;
        let val = s1 + s2 + carry;
        carry = parseInt(val / 10);//计算进位
        val = val % 10;//计算当前节点的值
        const curNode = new ListNode(val);
        curNode.next = ansList;//向链表前插入新节点
        ansList = curNode;//重新赋值ansList
    }
    return ansList;
};

java：

class Solution {
    public ListNode addTwoNumbers(ListNode l1, ListNode l2) {
        Deque<Integer> stack1 = new LinkedList<Integer>();
        Deque<Integer> stack2 = new LinkedList<Integer>();
        while (l1 != null) {
            stack1.push(l1.val);
            l1 = l1.next;
        }
        while (l2 != null) {
            stack2.push(l2.val);
            l2 = l2.next;
        }
        int carry = 0;
        ListNode ansList = null;
        while (!stack1.isEmpty() || !stack2.isEmpty() || carry != 0) {
            int s1 = stack1.isEmpty() ? 0 : stack1.pop();
            int s2 = stack2.isEmpty() ? 0 : stack2.pop();
            int val = s1 + s2 + carry;
            carry = val / 10;
            val %= 10;
            ListNode curNode = new ListNode(val);
            curNode.next = ansList;
            ansList = curNode;
        }
        return ansList;
    }
}

682. 棒球比赛 (easy)

• 复杂度：时间复杂度O(n)，空间复杂度O(n)

js：

let calPoints = function(ops) {
    let res = [];
    for(let i = 0; i < ops.length; i++){
        switch(ops[i]){
            case "C":
                res.pop();
                break;
            case "D":
                res.push(+res[res.length - 1] * 2);
                break;
            case "+":
                res.push(+res[res.length - 1] + +res[res.length - 2]);
                break;
            default:
                res.push(+ops[i]);
        }
    }
    return res.reduce((i, j) => i + j);
};

java：

class Solution {
    public int calPoints(String[] ops) {
        Stack<Integer> stack = new Stack();

        for(String op : ops) {
            if (op.equals("+")) {
                int top = stack.pop();
                int newtop = top + stack.peek();
                stack.push(top);
                stack.push(newtop);
            } else if (op.equals("C")) {
                stack.pop();
            } else if (op.equals("D")) {
                stack.push(2 * stack.peek());
            } else {
                stack.push(Integer.valueOf(op));
            }
        }

        int ans = 0;
        for(int score : stack) ans += score;
        return ans;
    }
}