java算法day9

TOMOT772024-07-09 21:32
  • 232.用栈实现队列
    1. 用队列实现栈
    1. 有效的括号
    1. 删除字符串中的所有相邻重复项
    1. 逆波兰表达式求值

解决栈和队列的基本数据结构

Queue（队列）

在java中是一个接口。定义的方法：

java 复制代码 
//boolean add(E e): 将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），在成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException。
//E remove():获取并移除 此队列的 头 。
//E element() :获取 ，但是不移除此队列的 头 。

//boolean offer(E e):将指定的元素 插入 此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），当使用有容量限制的队列时，此方法通常要优于 add(E)，后者可能无法插入元素，而只是抛出一个异常。
//E poll():获取并移除 此队列的头，如果此队列为空，则返回 null。
//E peek(): 获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null。

在极端情况下，两组API的表现不一致。极端情况指的是 一组是抛异常，一组是返回特殊值

  • 插入的时候，队列满了
  • 删除或者获取的时候，队列空了。

Deque

是个Queue的子接口，是java里面的双端队列。

Deque特点：

  1. Deque是Queue的子接口
  2. 数据结构表现：队列，栈，双端队列
  3. 存储元素有序
  4. 可存储重复元素
  5. 不能存储null（LinkedList除外）

Deque可以说非常的万能，能模拟很多数据结构，下面就是他能模拟的数据结构。

java 复制代码 
// ------------- 作为Queue的
//        E peek()： 获取队头元素，但不移除它
//        E poll()：从队头移除元素
//        boolean offer(E e)： 添加一个元素到 队尾

// ------------- 作为Stack的
//        E pop()： 从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
//        void push(E e): 将元素推入此列表所表示的堆栈。

// ------------- 作为双端队列
//        boolean offerFirst(E e)：  从 第一个位置 插入 指定元素
//        boolean offerLast(E e)： 从 最后一个位置 插入 指定元素
//        E peekFirst()： 获取 但是不移除 第一个元素，如果列表为空，返回null
//        E peekLast()： 获取 但是不移除 最后一个元素，如果列表为空，返回null
//        E pollFirst()： 从 第一个位置 移除 元素
//        E pollLast()： 从 最后一个位置 移除 元素，如果列表为空，返回null

// -------------- 作为普通List的
//    boolean add(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。
//    E remove()：获取并移除此列表的头（第一个元素）。

//        void addFirst(E e): 将指定元素插入此列表的开头。
//        void addLast(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。
//        E getFirst()： 返回此列表的第一个元素。
//        E getLast(): 返回此列表的最后一个元素。
//        E removeFirst(): 移除并返回此列表的第一个元素。
//        E removeLast()： 移除并返回此列表的最后一个元素。

// 这个API，大家觉得应不应该出现在Deque这个接口里面。 
//        boolean removeFirstOccurrence(Object o)： 从此列表中移除第一次出现的指定元素
//        boolean removeLastOccurrence(Object o)： 从列表中移除最后一次出现的指定元素
//        Iterator<E> descendingIterator()：获取一个倒序的迭代器
//        E element()：获取元素

他的特点：

实现类ArrayDeque

特点

  1. ArrayDeque是Deque的子实现
  2. 数据结构表现：队列，栈，双端队列
  3. 底层实现： 循环数组。要理解一下循环数组的好处。
  4. 存储元素有序
  5. 存储元素可重复
  6. 不可存储null
    用法都是Deque的api。

现在解决栈和队列的问题基本上不会使用Stack而是推荐使用ArrayDeque。
主要原因：

1.性能问题，Stack继承Vector，而Vector是线程安全的，所以有额外的开销。

2.ArrayDeque提供更全面的功能，既能够用来作为栈，又可以作为队列使用

3.Stack现在被认为是过时了，现在一般用Deque来替代Stack。

实战中ArrayDeque怎么用

ArrayDeque 的主要方法：

添加元素：

addFirst(E e) / offerFirst(E e): 在前端添加元素

addLast(E e) / offerLast(E e): 在后端添加元素

add(E e) / offer(E e): 在后端添加元素（等同于 addLast/offerLast）

push(E e): 在前端添加元素（等同于 addFirst）

移除元素：

removeFirst() / pollFirst(): 移除并返回前端元素

removeLast() / pollLast(): 移除并返回后端元素

remove() / poll(): 移除并返回前端元素（等同于 removeFirst/pollFirst）

pop(): 移除并返回前端元素（等同于 removeFirst）

查看元素（不移除）：

getFirst() / peekFirst(): 返回前端元素

getLast() / peekLast(): 返回后端元素

peek(): 返回前端元素（等同于 peekFirst）

其他操作：

size(): 返回元素数量

isEmpty(): 检查是否为空

clear(): 清空所有元素

contains(Object o): 检查是否包含特定元素

算法题中的推荐用法：
当用作栈时：

push(E e): 压栈

pop(): 出栈

peek(): 查看栈顶元素

isEmpty(): 检查栈是否为空

示例：

java 复制代码 
Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
stack.push(1);
int top = stack.pop();
int peek = stack.peek();

当用作队列时：

offer(E e): 入队

poll(): 出队

peek(): 查看队首元素

isEmpty(): 检查队列是否为空

示例：

java 复制代码 
Deque<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
queue.offer(1);
int front = queue.poll();
int peek = queue.peek();

当用作双端队列时 ：

offerFirst(E e) / offerLast(E e): 在前/后端添加元素

pollFirst() / pollLast(): 移除并返回前/后端元素

peekFirst() / peekLast(): 查看前/后端元素

isEmpty(): 检查是否为空

示例：

java 复制代码 
Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();
deque.offerFirst(1);
deque.offerLast(2);
int front = deque.pollFirst();
int back = deque.pollLast();

推荐使用这些方法的原因：

它们在元素为 null 或双端队列为空时不会抛出异常，而是返回 null 或 false，这样可以简化错误处理。

这些方法名称清晰地表明了它们的用途和操作的位置 （前端或后端）。
它们与 Queue 和 Stack 接口的方法名称保持一致，使代码更易读和理解。

所以说ArrayDeque非常万能，当你在做题的时候如果要用到相关的数据结构，就按上面的流程来走。可以模拟队列，栈，双端队列。

232.用栈实现队列

题的本质：

用后进先出 实现先进先出

凭我们对栈的理解，显然一个栈是不能完成这个任务的，所以解题思路是用两个栈来完成。

解题思路：

一个栈为入队栈，一个栈为出队栈。
出队的逻辑 ：

当出队栈存在内容时，出队栈的栈顶，即为第一个出队的元素。

如果出队栈内无元素，此时又需要出栈，那么入队栈的所有元素逐个弹出装入出队栈，然后弹出栈顶元素即可。
入队的逻辑：直接装入入队栈。

当两个栈都空了，就表示队空了。

下面是模拟的过程

来看具体解法

java 复制代码 
class MyQueue {
	//这是定义接口，然后初始化指定实现类的写法。一般比较推荐这种写法
    Deque<Integer> stOut,stIn;
    
	//指定实现类为ArrayDeque，因为比较万能
	//ArrayDeque可以用来模拟栈，由于需要两个栈，那就开两个ArrayDeque。
    public MyQueue() {
        stIn = new ArrayDeque<>();
        stOut = new ArrayDeque<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        //push直接放入进队栈
        stIn.push(x);
    }
    
    public int pop() {
    //出队就从出队栈出，如果出队栈为空，那就要把入队栈中的元素依次弹出然后压入入队栈。自己模拟一下就懂了。
        if(stOut.isEmpty()){
            while(!stIn.isEmpty()){
                stOut.push(stIn.pop());
            }
        }
        return stOut.pop();
        
    }
    //直接用pop方法，接住了再放回去
    public int peek() {
        int res = this.pop();
        stOut.push(res);
        return res;
    }
    //出队栈和入队栈都没有元素，那就是空。
    public boolean empty() {
        return stIn.isEmpty() && stOut.isEmpty();
    }
}

225. 用队列实现栈

题意：用两个队列实现栈即，用两个前进迁出实现后进先出。
思路：

看完这个图就懂了

进栈逻辑 ：

就是直接入队1。
出栈逻辑 ：

把队1里面的元素全部倒出来，然后最后一个元素出队。然后倒出来的元素又逐个入队2。之后又把队2全部出队又进队1中。

java 复制代码 
class MyStack {
    
    Deque<Integer> que1; // 和栈中保持一样元素的队列
    Deque<Integer> que2; // 辅助队列

    public MyStack() {
        que1 = new ArrayDeque<>();
        que2 = new ArrayDeque<>();
    }
    
    
    public void push(int x) {
        que1.offerLast(x);
    }
    
    
    public int pop() {
        int size = que1.size();
        size--;
        
        while (size-- > 0) {
            que2.offerLast(que1.peekFirst());
            que1.pollFirst();
        }

        int res = que1.pollFirst();
        
        que1 = que2;
        
        que2 = new ArrayDeque<>();
        return res;
    }
    
    
    public int top() {
        return que1.peekLast();
    }
    
    
    public boolean empty() {
        return que1.isEmpty();
    }
}

本题总结：这个题不难，对于我来说难的是不知道这么多api用哪个比较好，混用有没有风险。

因此这里做个总结：
队列（Queue）风格操作： 添加：offer(E e) 删除：poll() 查看：peek()

这组方法适合当你想要实现一个标准的队列（先进先出）时使用。它们在操作失败时不会抛出异常，而是返回特殊值。

双端队列（Deque）风格操作： 添加：offerFirst(E e), offerLast(E e) 删除：pollFirst(), pollLast() 查看：peekFirst(), peekLast()

当你需要在队列的两端进行操作时，这组方法很有用。它们也不会在操作失败时抛出异常。

抛出异常的操作： 添加：addFirst(E e), addLast(E e), add(E e) 删除：removeFirst(), removeLast(), remove() 查看：getFirst(), getLast()

这组方法在操作失败时会抛出异常（如 NoSuchElementException）。如果你希望立即捕获和处理异常，可以使用这组方法。

List风格操作： 添加：add(E e), add(int index, E element) 删除：remove(int index), remove(Object o) 查看：get(int index)

虽然 ArrayDeque 不是 List，但这些方法使其在某些情况下可以像 List 一样使用。

栈（Stack）风格操作： 添加：push(E e) (等同于 addFirst(E e)) 删除：pop() (等同于 removeFirst()) 查看：peek() (等同于 peekFirst())

当你使用 ArrayDeque 实现栈时，这组方法最为合适。

推荐的使用方式：

如果你在实现一个标准队列，使用 offer(), poll(), peek()。

如果你需要双端队列功能，使用 offerFirst(), offerLast(), pollFirst(), pollLast(), peekFirst(), peekLast()。

如果你在实现一个栈，使用 push(), pop(), peek()。

如果你希望操作失败时抛出异常，使用 add..., remove..., get... 系列方法。

记住，保持一致性是关键。选择一组方法后，尽量在整个实现中坚持使用这组方法，这样可以使你的代码更加清晰和易于理解。

20. 有效的括号

我的非常直观的写法：

java 复制代码 
class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        Deque<Character> stack = new ArrayDeque<>();
        
        for (char c : s.toCharArray()) {
            if (c == '(' || c == '[' || c == '{') {
                // 如果是左括号，入栈
                stack.push(c);
            } else {
                // 如果是右括号
                if (stack.isEmpty()) {
                    // 如果栈为空，说明没有匹配的左括号，返回 false
                    return false;
                }
                
                // 检查栈顶元素是否匹配
                char top = stack.pop();
                if (c == ')' && top != '(') return false;
                if (c == ']' && top != '[') return false;
                if (c == '}' && top != '{') return false;
            }
        }
        
        // 最后检查栈是否为空，如果为空说明所有括号都匹配了
        return stack.isEmpty();
    }
}
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