@Author：Runsrn

@Date：2020/9/8

現(xiàn)在大四基本是重刷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，因?yàn)楣P試真的太重要了。 我又重溫了爭大佬專欄的棧，又鞏固了下。而且我發(fā)現(xiàn)留言區(qū)大佬的筆記很多，下面很多都是來自大佬總結(jié)的。

文章目錄

• 一、什么是棧？
• 二、為什么需要棧？
• 三、如何實(shí)現(xiàn)棧？
• 四、棧的應(yīng)用
• • 1.棧在函數(shù)調(diào)用中的應(yīng)用
  • 2.棧在表達(dá)式求值中的應(yīng)用（比如：34+13*9+44-12/3）
  • 3.棧在括號(hào)匹配中的應(yīng)用`（比如：{}{[()]()}）` Leetcode 20 題
  • 4.如何實(shí)現(xiàn)瀏覽器的前進(jìn)后退功能？
• 五、思考題
• 六、20有效的擴(kuò)號(hào)
• 7、155最小棧（方法：輔助棧）
• 8、 232用棧實(shí)現(xiàn)隊(duì)列
• 9、844比較含退格的字符串
• 10、682棒球比賽
• • 11、496下一個(gè)更大元素 I

一、什么是棧？

1、棧是一種操作受限的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只支持入棧和出棧操作。
2、典型的“棧”結(jié)構(gòu)：后進(jìn)者先出，先進(jìn)者后出。
3、從棧的操作特性上來看，棧是一種“操作受限”的線性表，只允許在一端插入和刪除數(shù)據(jù)。
4、特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對特定場景的抽象，而且，數(shù)組或鏈表暴露了太多的操作接口，操作上的確靈活自由，但使用時(shí)就比較不可控，自然也就更容易出錯(cuò)。

二、為什么需要棧？

1.棧是一種操作受限的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其操作特性用數(shù)組和鏈表均可實(shí)現(xiàn)。
2.但，任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是對特定應(yīng)用場景的抽象，數(shù)組和鏈表雖然使用起來更加靈活，但卻暴露了幾乎所有的操作，難免會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。
3.所以，當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)集合只涉及在某端插入和刪除數(shù)據(jù)，且滿足后進(jìn)者先出，先進(jìn)者后出的操作特性時(shí)，我們應(yīng)該首選棧這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

三、如何實(shí)現(xiàn)棧？

1.棧的API ，Java代碼實(shí)現(xiàn)，代碼來自爭大佬。

// 基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的順序棧 public class ArrayStack {private String[] items; // 數(shù)組private int count; // 棧中元素個(gè)數(shù)private int n; //棧的大小// 初始化數(shù)組，申請一個(gè)大小為n的數(shù)組空間public ArrayStack(int n) {this.items = new String[n];this.n = n;this.count = 0;}// 入棧操作public boolean push(String item) {// 數(shù)組空間不夠了，直接返回false，入棧失敗。if (count == n) return false;// 將item放到下標(biāo)為count的位置，并且count加一items[count] = item;++count;return true;}// 出棧操作public String pop() {// 棧為空，則直接返回nullif (count == 0) return null;// 返回下標(biāo)為count-1的數(shù)組元素，并且棧中元素個(gè)數(shù)count減一String tmp = items[count-1];--count;return tmp;} }

2.數(shù)組實(shí)現(xiàn)（自動(dòng)擴(kuò)容）

時(shí)間復(fù)雜度分析：根據(jù)均攤復(fù)雜度的定義，可以得數(shù)組實(shí)現(xiàn)（自動(dòng)擴(kuò)容）符合大多數(shù)情況是O(1)級別復(fù)雜度，個(gè)別情況是O(n)級別復(fù)雜度，比如自動(dòng)擴(kuò)容時(shí)，會(huì)進(jìn)行完整數(shù)據(jù)的拷貝。

空間復(fù)雜度分析：在入棧和出棧的過程中，只需要一兩個(gè)臨時(shí)變量存儲(chǔ)空間，所以O(shè)(1)級別。我們說空間復(fù)雜度的時(shí)候，是指除了原本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間外，算法運(yùn)行還需要額外的存儲(chǔ)空間。

3.鏈表實(shí)現(xiàn)

時(shí)間復(fù)雜度分析：壓棧和彈棧的時(shí)間復(fù)雜度均為O(1)級別，因?yàn)橹恍韪膯蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)的索引即可。
空間復(fù)雜度分析：在入棧和出棧的過程中，只需要一兩個(gè)臨時(shí)變量存儲(chǔ)空間，所以O(shè)(1)級別。我們說空間復(fù)雜度的時(shí)候，是指除了原本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間外，算法運(yùn)行還需要額外的存儲(chǔ)空間。

四、棧的應(yīng)用

1.棧在函數(shù)調(diào)用中的應(yīng)用

操作系統(tǒng)給每個(gè)線程分配了一塊獨(dú)立的內(nèi)存空間，這塊內(nèi)存被組織成“棧”這種結(jié)構(gòu)，用來存儲(chǔ)函數(shù)調(diào)用時(shí)的臨時(shí)變量。每進(jìn)入一個(gè)函數(shù)，就會(huì)將其中的臨時(shí)變量作為棧幀入棧，當(dāng)被調(diào)用函數(shù)執(zhí)行完成，返回之后，將這個(gè)函數(shù)對應(yīng)的棧幀出棧。

2.棧在表達(dá)式求值中的應(yīng)用（比如：34+13*9+44-12/3）

利用兩個(gè)棧，其中一個(gè)用來保存操作數(shù)，另一個(gè)用來保存運(yùn)算符。我們從左向右遍歷表達(dá)式，當(dāng)遇到數(shù)字，我們就直接壓入操作數(shù)棧；當(dāng)遇到運(yùn)算符，就與運(yùn)算符棧的棧頂元素進(jìn)行比較，若比運(yùn)算符棧頂元素優(yōu)先級高，就將當(dāng)前運(yùn)算符壓入棧，若比運(yùn)算符棧頂元素的優(yōu)先級低或者相同，從運(yùn)算符棧中取出棧頂運(yùn)算符，從操作數(shù)棧頂取出2個(gè)操作數(shù)，然后進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算完的結(jié)果壓入操作數(shù)棧，繼續(xù)比較。

3.棧在括號(hào)匹配中的應(yīng)用（比如：{}{[()]()}） Leetcode 20 題

用棧保存為匹配的左括號(hào)，從左到右一次掃描字符串，當(dāng)掃描到左括號(hào)時(shí)，則將其壓入棧中；當(dāng)掃描到右括號(hào)時(shí)，從棧頂取出一個(gè)左括號(hào)，如果能匹配上，則繼續(xù)掃描剩下的字符串。如果掃描過程中，遇到不能配對的右括號(hào)，或者棧中沒有數(shù)據(jù)，則說明為非法格式。

當(dāng)所有的括號(hào)都掃描完成之后，如果棧為空，則說明字符串為合法格式；否則，說明未匹配的左括號(hào)為非法格式。

4.如何實(shí)現(xiàn)瀏覽器的前進(jìn)后退功能？

我們使用兩個(gè)棧X和Y，我們把首次瀏覽的頁面依次壓如棧X，當(dāng)點(diǎn)擊后退按鈕時(shí)，再依次從棧X中出棧，并將出棧的數(shù)據(jù)一次放入Y棧。當(dāng)點(diǎn)擊前進(jìn)按鈕時(shí)，我們依次從棧Y中取出數(shù)據(jù)，放入棧X中。當(dāng)棧X中沒有數(shù)據(jù)時(shí)，說明沒有頁面可以繼續(xù)后退瀏覽了。當(dāng)Y棧沒有數(shù)據(jù)，那就說明沒有頁面可以點(diǎn)擊前進(jìn)瀏覽了。

五、思考題

我們在講棧的應(yīng)用時(shí)，講到用函數(shù)調(diào)用棧來保存臨時(shí)變量，為什么函數(shù)調(diào)用要用“棧”來保存臨時(shí)變量呢？用其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不行嗎？

答：因?yàn)楹瘮?shù)調(diào)用的執(zhí)行順序符合后進(jìn)者先出，先進(jìn)者后出的特點(diǎn)。比如函數(shù)中的局部變量的生命周期的長短是先定義的生命周期長，后定義的生命周期短；還有函數(shù)中調(diào)用函數(shù)也是這樣，先開始執(zhí)行的函數(shù)只有等到內(nèi)部調(diào)用的其他函數(shù)執(zhí)行完畢，該函數(shù)才能執(zhí)行結(jié)束。

正是由于函數(shù)調(diào)用的這些特點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是特定應(yīng)用場景的抽象的原則，我們優(yōu)先考慮棧結(jié)構(gòu)。

我們都知道，JVM 內(nèi)存管理中有個(gè)“堆棧”的概念。棧內(nèi)存用來存儲(chǔ)局部變量和方法調(diào)用，堆內(nèi)存用來存儲(chǔ) Java 中的對象。那 JVM 里面的“棧”跟我們這里說的“棧”是不是一回事呢？如果不是，那它為什么又叫作“棧”呢？

答：JVM里面的棧和我們這里說的是一回事，被稱為方法棧。和前面函數(shù)調(diào)用的作用是一致的，用來存儲(chǔ)方法中的局部變量。

leetcode上關(guān)于棧的題目大家可以先做20,155,232,844,224,682,496。我請重新再寫了下，發(fā)現(xiàn)難度沒有之前的大。

六、20有效的擴(kuò)號(hào)

''' @Author： Runsen @WeChat：RunsenLiu @微信公眾號(hào)： Python之王 @CSDN： https://blog.csdn.net/weixin_44510615 @Github： https://github.com/MaoliRUNsen @Date： 2020/9/8 ''' class Solution:def isValid(self, s: str) -> bool:stack = []d = {"{": "}", "[": "]", "(": ")"}for i in s:if i in d:stack.append(i)else:# 記住如果使用了stack.pop() 那么就已經(jīng)默認(rèn)刪除了 pop這里已經(jīng)執(zhí)行了# 還有not stack和 len(stack) == 0等價(jià)if (len(stack) == 0) or (d[stack.pop()] != i):return Falsereturn len(stack) == 0

7、155最小棧（方法：輔助棧）

class MinStack:def __init__(self):# 使用輔助棧，q2來存儲(chǔ)最小值self.q1 = []self.q2 = []def push(self, x):self.q1.append(x)# 這里需要判斷q2是不是為空，或者q2[-1]大于x，說明最小值不是q2[-1]，if (len(self.q2) == 0) or (x <=self.q2[-1]):self.q2.append(x)else:# 那么q2就添加q2[-1】self.q2.append(self.q2[-1])def pop(self):# 刪除就是把q1和q2都刪除了self.q1.pop()self.q2.pop()def top(self):return self.q1[-1]def getMin(self):return self.q2[-1]

8、 232用棧實(shí)現(xiàn)隊(duì)列

class MyQueue:def __init__(self):self.s = []def push(self, x: int) -> None:self.s.append(x)def pop(self) -> int: return self.s.pop(0)def peek(self) -> int:return self.s[0]def empty(self) -> bool:return not bool(self.s)# return not self.s 和上面同價(jià)

這里，我想起了上面的有效的擴(kuò)號(hào)中的not stack，和bool stack做一個(gè)對比

>>> a = [] >>> not a True >>> bool(a) False >>> a = [1] >>> not a False >>> bool(a) True

not a就是len(a) == 0，bool就是len(a) != 0 。感覺來的

9、844比較含退格的字符串

class Solution:def backspaceCompare(self, S: str, T: str) -> bool:# 定義一個(gè)函數(shù)返回最終的結(jié)果def solve(s):# 定義一個(gè)棧，如果沒有遇到# 就存儲(chǔ)起來stack = []for i in s:if i == "#":if len(stack) !=0:stack.pop()else:continueelse:stack.append(i)return ''.join(stack)return solve(S) == solve(T)

10、682棒球比賽

class Solution:def calPoints(self, ops: List[str]) -> int:# 做法 用一個(gè)棧來記錄每輪數(shù)據(jù)stack1 = []for i in ops:if i == "C":# 直接刪除最后一個(gè)stack1.pop()elif i =="D":stack1.append(stack1[-1] * 2)elif i == "+":stack1.append(stack1[-1] + stack1[-2])else:stack1.append(int(i))return sum(stack1)

11、496下一個(gè)更大元素 I

輸入: nums1 = [4,1,2], nums2 = [1,3,4,2].
輸出: [-1,3,-1]
解釋:
對于num1中的數(shù)字4，你無法在第二個(gè)數(shù)組中找到下一個(gè)更大的數(shù)字，因此輸出 -1。
對于num1中的數(shù)字1，第二個(gè)數(shù)組中數(shù)字1右邊的下一個(gè)較大數(shù)字是 3。
對于num1中的數(shù)字2，第二個(gè)數(shù)組中沒有下一個(gè)更大的數(shù)字，因此輸出 -1。

class Solution:def nextGreaterElement(self, nums1: List[int], nums2: List[int]) -> List[int]:stack = []for i in nums1:index = nums2.index(i)# 如果index就是最后一個(gè)就不用干了if index == (len(nums2) - 1):stack.append(-1)continueelse:# 說明不是最后一個(gè) index+1可以不取到本身while index < len(nums2):if nums2[index] > i:stack.append(nums2[index])breakif index == len(nums2) -1 and (nums2[index] > i):stack.append(nums2[index])if index == len(nums2) -1 and (nums2[index] <= i):stack.append(-1)index = index + 1return stack

上面全部通過，以后遇到棧，就是在恐怖的算法面試中遇見了愛情！！！！！

如果你想跟博主建立親密關(guān)系，可以關(guān)注博主，或者關(guān)注博主公眾號(hào)“Python之王”，了解一個(gè)非本科程序員是如何成長的。
博主ID：潤森（weixin_44510615），希望大家點(diǎn)贊、評論、收藏

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的为了OFFER，我加深学习，搞懂了栈的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。