LeetCodeCampsDay10栈与队列part01

使用队列实现栈；

使用栈实现队列；

以及两个关于栈的题目

232. 用栈实现队列

https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/

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。

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）

进阶：

你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。

思路

维护两个列表list，其中一个用于入栈(stack_in)，一个出栈(stack_out)
push函数，直接入栈到stack_in
empty函数，只要stack_out或stack_in不为空即可
pop函数，先判断是否为“empyt”；
1. 其次，如果stack_out中有数字，就出栈这个数；
2. stack_out为空的时候，将stack_in全部转移到stack_out，再弹出一个数（比如下面动画弹出“1”和“3”时，明显是将stack_in的所有数据都移到了stack_out中）

下面动画模拟以下队列的执行过程：

执行语句：
queue.push(1);
queue.push(2);
queue.pop(); 注意此时的输出栈的操作 ,输出1
queue.push(3);
queue.push(4);
queue.pop(); # 输出2
queue.pop();注意此时的输出栈的操作 输出3
queue.pop(); # 输出4
queue.empty();

代码

时间复杂度O(1)

class MyQueue:

    def __init__(self):
        self.stack_in = []
        self.stack_out = []

    def push(self, x: int) -> None:
        self.stack_in.append(x)

    def pop(self) -> int:
        if self.empty():
            return None
        # 如果stack_out中有数据，直接从stack_out中弹出这个 
        if self.stack_out:
            return self.stack_out.pop()
        else:
          	# 先将stack_in的全部转移到stack_out中
            for i in range(len(self.stack_in)):
                self.stack_out.append(self.stack_in.pop())
            # 再从stack_out中弹出一个
            return self.stack_out.pop()
        

    def peek(self) -> int:
        ans = self.pop()
        self.stack_out.append(ans)
        return ans

    def empty(self) -> bool:
        return not (self.stack_in or self.stack_out)


# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyQueue()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.peek()
# param_4 = obj.empty()

225. 用队列实现栈

https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/

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：

你只能使用队列的标准操作 —— 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。

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 push、pop、top 和 empty
每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空

**进阶：**你能否仅用一个队列来实现栈。

思路

使用两个队列实现栈，一个输入队列que_in，一个输出队列que_backup
push函数，直接用que_in加入；
empty函数，如果queue_in不为空即可
pop函数，先判断是否为空；
1. 先将L-1个数字转移到que_backup，再将que_backup与que_in交换，再将最后一个数字弹出
top函数，调用pop函数，再将数据添加回que_in即可

模拟的队列执行语句如下：

queue.push(1);        
queue.push(2);        
queue.pop();   // 注意弹出的操作       
queue.push(3);        
queue.push(4);       
queue.pop();  // 注意弹出的操作    
queue.pop();    
queue.pop();    
queue.empty();

代码

时间复杂度O(1)

class MyStack:
    from collections import deque
    def __init__(self):
        self.queue_in = deque()
        self.queue_out = deque()

    def push(self, x: int) -> None:
        self.queue_in.append(x)

    def pop(self) -> int:
        if self.empty():
            return None
        
        # 由于queue是FIFO，比如stack中有[1->3->4   如果想弹出4，
        # 此时队列A中  4->3->1，需要将3->1这两个数字转移到另一个队列B，再将4弹出去
        # 这里是len(self.queue_in) - 1
        for i in range(len(self.queue_in) - 1):
            self.queue_out.append(self.queue_in.popleft())
        # 然后进行两个队列的交换，因为只有一个数据在queue_in中，其余都在queue_out
        self.queue_in, self.queue_out = self.queue_out, self.queue_in
        return self.queue_out.popleft()

    def top(self) -> int:
        # 调用self.pop，将pop出来的数字再加回到self.queue_in里
        ans = self.pop()
        self.queue_in.append(ans)
        return ans

    def empty(self) -> bool:
        return not self.queue_in


# Your MyStack object will be instantiated and called as such:
# obj = MyStack()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.top()
# param_4 = obj.empty()

思路二(仅用一个队列)

上述使用的que_backup可以省略掉，将数据反复加入到queue_in即可了

代码

时间复杂度O(1)

class MyStack:
    from collections import deque
    def __init__(self):
        self.queue_in = deque()


    def push(self, x: int) -> None:
        self.queue_in.append(x)

    def pop(self) -> int:
        if self.empty():
            return None
        
        # 由于queue是FIFO，比如stack中有[1->3->4   如果想弹出4，
        # 此时队列A中  4->3->1，需要将3->1这两个数字转移到另一个队列B，再将4弹出去
        # 这里是len(self.queue_in) - 1
        for i in range(len(self.queue_in) - 1):
          	# 重新添加回去
            self.queue_in.append(self.queue_in.popleft())
        return self.queue_in.popleft()

    def top(self) -> int:
        # 调用self.pop，将pop出来的数字再加回到self.queue_in里
        ans = self.pop()
        self.queue_in.append(ans)
        return ans

    def empty(self) -> bool:
        return not self.queue_in


# Your MyStack object will be instantiated and called as such:
# obj = MyStack()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.top()
# param_4 = obj.empty()

20. 有效的括号

https://leetcode.cn/problems/valid-parentheses/

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：

左括号必须用相同类型的右括号闭合。
左括号必须以正确的顺序闭合。
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

思路

使用栈解决
1. 如果是左括号就入栈
2. 如果是右括号就出栈（且栈不空）并判断是否是对应的左括号（使用下标判断）
3. 否则就直接返回False，比如s=’]’
最后再判断栈是否还有剩余，比如s=’[’

代码

class Solution:
    def isValid(self, s: str) -> bool:
        # 如果是左括号就入栈，如果是右括号就出栈
        leftList = ['(', '{', '[']
        rightList = [')', '}', ']']

        stack = []

        for i in s:
            if i in leftList:
                stack.append(i)
            elif i in rightList and len(stack) != 0:
                l = stack.pop()
                if leftList.index(l) != rightList.index(i):
                    return False
            else:
                return False
        if len(stack) != 0:
            return False
        return True

1047. 删除字符串中的所有相邻重复项

https://leetcode.cn/problems/remove-all-adjacent-duplicates-in-string/

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 <= s.length <= 105
s 仅由小写英文字母组成

思路

使用栈可以解决，用栈的top函数，可惜python的列表只有pop没有top；不过可以将弹出的重新添加回去
如果栈不空，就弹出最后元素并与s[i]判断
1. 如果相等就不执行操作了（因为已经弹出了）
2. 如果不相等，则需要将弹出的元素添加回去，并且再将s[i]入栈
如果栈为空，默认添加s[i]入栈

代码

class Solution:
    def removeDuplicates(self, s: str) -> str:
        # 使用栈的top()，可惜python的列表只有pop没有top
        # 
        stack = list()
        for i in s:
          	# 如果栈不空，就弹出并判断
            if len(stack):
              	# 默认弹出来并进行判断
                l = stack.pop()
                if l != i:
                    # 如果l不等于i，再添加回去
                    stack.append(l)
                    stack.append(i)
            # 栈空就默认添加
            else:
                stack.append(i)
        return "".join(stack)