栈的运用

这几天对leedcode中的剑指offer中的栈进行了集中式的训练。其中的题目简单有:
1.构建栈,且给出栈中的最小值(要求时间复杂度为O(1))
2.用两个栈构建队列
3.求一串序列中滑块的最大值(用单调栈的方法)
4.求队列中的最大值(与第三题类似,但是此题直接要求建立队列,再求最大值)

构建栈的步骤:

栈的基本数据流动方向是:先进后出
1.进行数组的初始化,令此数组为p
2.压入单个数据value,若为第一个数据则p[0] == value
2.弹出数据,每次弹出的数据为p[-1]

构建辅助栈求栈中的极值

构建辅助栈在对栈求栈中的极值是有用的,并且时间复杂度能够达到O(1)
下面为构建辅助栈的基本思路:
首先明确要实现的目地:当栈压入数值时,能够快速得到极值(最大值或者最小值);当栈弹出值时,也能够快速得到目前栈中所储存数值的极值。由于栈的特殊进出规则,对于构建辅助栈求极值是比较方便的。
构建辅助栈的步骤如下,为方便叙述不造成歧义,所以目的设为求最大值
1.与栈一同压入单个数据value,但是辅助栈压入时先对当前栈的最大值与value进行比较,如果压入的value比当前的栈的最大值大,则压入value,否则压入当前栈的最大值。
2.与栈一同弹出value,当栈里弹出单个值时,辅助栈也应该弹出单个值,这样辅助栈的p[-1]始终存储的都是当前栈的最大值。
3.读取最大值,当前栈的最大值即为p[-1]

构建队列的步骤

队列的基本数据流动方向时:先进先出
1.进行数组的初始化,令此数组为p
2.压入单个数据value,若为第一个数据则p[0] == value
3.弹出数据,每次弹出的数据为p[0],在python中对列表的操作为p.pop(0)

用栈来构建队列

构建队列需要两个栈,具体构建思路如下:
首先清晰目的,构建队列的基本要素是先进的元素要先出去,所以最直接的想法是:
1.建立两个栈,一个是用于储存的栈1,一个是用于翻转的栈2
2.将进来的数据一个一个压入栈1
3.再将压入栈1的数据进行弹出,再压入栈2,从而使数据得到翻转,再将栈2的数据进行弹出时,则满足队列的先进先出原则

需要注意的点:

问题1:栈1满足什么条件才可以压入数据?
问题2:栈1满足什么条件才可以弹出数据?
答一:栈1可以一直压入数据
答二:栈1只有在栈2为空的情况下才能进行弹出数据,否则不能进行数据的弹出,不然会破坏队列的先进先出规则。

单调栈的算法

单调栈的算法用于求滑块中及求队列中最大值的问题
对滑块中最大值的问题的描述:

给定一个数组 nums 和滑动窗口的大小 k,请找出所有滑动窗口里的最大值。
示例:

输入: nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], 和 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

此问题面对的主要麻烦是:滑动窗口每次滑动一格,会弹出一个数字,进来一个数字,用栈的那一套求最小值的方法不管用了,因为弹出的数字,你不知道它是不是最小值。就算知道是最小值,也找不到次最小值了。
单调栈的最主要思想是:
1.单调栈P记录的是压入数值value在数组中的位置

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