做算法题的方法
- 充分阅读题目.了解题目背后的关键意思;
- 分析题目,涉及到哪些数据结构,对问题进行分类. 到底属于链表问题, 栈思想问题, 字符串问题,二叉树问题,图相关问题,排序问题; 与你之前所接触过的算法题有没有类似,找到问题的解题思路
- 实现算法. 在算法的实现的过程,并不是一蹴而就, 肯定是需要不断的调试,修改的;
- 验证算法正确性
- 找到题源, 看其他的开发者的解决思路.
- 找到题解建议之后, 对于其他优秀思路,分析它的优势,并且学习它的思路.并且写成其他解法的代码
- 算法题的解题能力来自于2点: 对于数据结构与算法核心问题是否夯实 + 是否有足够多且足够耐心的积累;
栈的思想应用
栈思想指的是利用栈的特性(先进后出)去解决问题,那么什么问题适合用栈思想解决呢?
- 数据是线性的
- 问题中常常涉及到数据的来回比较,匹配问题;例如,每日温度,括号匹配,字符串解码,去掉重复字母等问题.
- 问题中涉及到数据的转置,例如进制问题.链表倒序打印问题等
- 注意并不是说栈思想只是一个解决的的参考思想.并不是万能的.它适用于以上这样的情况下去解决问题;
利用栈思想解决问题时,首先需要透彻的解析问题之后,找到问题解决的规律.才能使用它解决;
思想只有指导作用,遇到不同的题目,需要个例分析.在基本思想上去找到解决问题之道;
下面我们使用栈思想来解决几个算法问题：
数值转换
将给定的十进制数转换成任意的其他任意给定的进制
栈结构以及压栈，出栈方法的定义
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */
typedef int Status;
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
/* 顺序栈结构 */
typedef struct
{
SElemType data[MAXSIZE];
int top; /* 用于栈顶指针 */
}SqStack;
//4.1 构建一个空栈S
Status InitStack(SqStack *S){
S->top = -1;
return OK;
}
//4.2 将栈置空
Status ClearStack(SqStack *S){
//疑问: 将栈置空,需要将顺序栈的元素都清空吗?
//不需要,只需要修改top标签就可以了.
S->top = -1;
return OK;
}
//4.3 判断顺序栈是否为空;
Status StackEmpty(SqStack S){
if (S.top == -1)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
//4.4 返回栈的长度
int StackLength(SqStack S){
return S.top + 1;
}
//4.5 获取栈顶
Status GetTop(SqStack S,SElemType *e){
if (S.top == -1)
return ERROR;
else
*e = S.data[S.top];
return OK;
}
//4.6 插入元素e为新栈顶元素
Status PushData(SqStack *S, SElemType e){
//栈已满
if (S->top == MAXSIZE -1) {
return ERROR;
}
//栈顶指针+1;
S->top ++;
//将新插入的元素赋值给栈顶空间
S->data[S->top] = e;
return OK;
}
//4.7 删除S栈顶元素,并且用e带回
Status Pop(SqStack *S,SElemType *e){
//空栈,则返回error;
if (S->top == -1) {
return ERROR;
}
//将要删除的栈顶元素赋值给e
*e = S->data[S->top];
//栈顶指针--;
S->top--;
return OK;
}
//4.8 从栈底到栈顶依次对栈中的每个元素打印
Status StackTraverse(SqStack S){
int i = 0;
printf("此栈中所有元素");
while (i<=S.top) {
printf("%d ",S.data[i++]);
}
printf("\n");
return OK;
}
进制转换方法，这里已10进制转换为8进制为例，其他进制转换同理
/*
1. 初始化一个空栈S
2. 当十进制N非零时,循环执行以下操作
* 把N与8求余得到的八进制数压入栈S;
* N更新为N与8的商;
3. 当栈S非空时,循环执行以下操作
* 弹出栈顶元素e;
* 输出e;
*/
void conversion(int N){
SqStack S;
SElemType e;
//1.初始化一个空栈S
InitStack(&S);
//2.
while (N) {
PushData(&S, N%8);
N = N/8;
}
//3.
while (!StackEmpty(S)) {
Pop(&S, &e);
printf("%d\n",e);
}
}
每日温度
题目：根据每日气温列表，请重新生成一个列表，对应位置的输入是你需要再等待多久温度才会升高超过该日的天数。如果之后都不会升高，请在该位置0来代替。例如，给定一个列表 temperatures = [73, 74, 75, 71, 69, 72, 76, 73]，你的输出应该是 [1, 1, 4, 2, 1, 1, 0, 0]。
提示：气温 列表长度的范围是 [1, 30000]。每个气温的值的均为华氏度，都是在 [30, 100] 范围内的整数。
解题关键: 实际上就是找当前元素 从[i,TSize] 找到大于该元素时. 数了几次. 首先最后一个元素默认是0,因为它后面已经没有元素了.
方法1：暴力法
- 从左到右开始遍历,从第一个数到最后一个数开始遍历. 最后一个数因为后面没有元素,默认是0,不需要计算;
- 从[i+1,TSize]遍历,每个数直到找到比它大的数,数的次数就是对应的值;
思路:
-创建一个result 结果数组.
-默认reslut[TSize-1] = 0;
-从0个元素遍历到最后一个元素[0,TSize-1];
A.如果当前i >0 并且当前的元素和上一个元素相等,则没有必要继续循环. 则判断一下result[i-1]是否等于0,如果等于则直接将result[i] = 0,否则将result[i] = result[i-1]-1;
B.遍历元素[i+1,TSize]如果当前T[j]>T[i],则result[i] = j-i;如果当前T[j]已经是最后一个元素,则默认result[i] = 0;
int *dailyTemperatures_1(int* T, int TSize, int* returnSize){
int *result = (int *)malloc(sizeof(int) * TSize);
*returnSize = TSize;
result[TSize-1] = 0;
for(int i = 0;i < TSize-1;i++)
if(i>0 && T[i] == T[i-1])
result[i] = result[i-1] == 0?0:result[i-1]-1;
else{
for (int j = i+1; j < TSize; j++) {
if(T[j] > T[i]){
result[i] = j-i;
break;
}
if (j == TSize-1) {
result[i] = 0;
}
}
}
return result;
}
方法二：跳跃对比
- 从右到左遍历. 因为最后一天的气温不会再升高,默认等于0;
- i 从[TSize-2,0]; 从倒数第二天开始遍历比较. 每次减一;
- j 从[i+1,TSize]遍历, j+=result[j],可以利用已经有结果的位置进行跳跃,从而减少遍历次数
-若T[i]<T[j],那么Result = j - i;
-若reuslt[j] == 0,则表示后面不会有更大的值,那么当前值就应该也是0;
思路:
1.创建一个result 结果数组.
2.默认reslut[TSize-1] = 0;
3.从TSize-2个元素遍历到第一个元素[TSize-2,0];
4.从[i+1,TSize]遍历,j+=result[j];
-若T[i]<T[j],那么Result = j - i;
-若reuslt[j] == 0,则表示后面不会有更大的值,那么当前值就应该也是0;
int *dailyTemperatures_2(int* T, int TSize, int* returnSize){
int *result = (int *)malloc(sizeof(int) * TSize);
*returnSize = TSize;
result[TSize-1] = 0;
for (int i=TSize-2; i >= 0; i--) {
for (int j = i+1; j < TSize; j+=result[j]) {
if (T[i] < T[j]) {
result[i] = j-i;
break;
}else
{
if (result[j] == 0) {
result[i] = 0;
break;
}
}
}
}
return result;
}
方法三：利用栈思想
思路:
- 初始化一个栈(用来存储索引),value数组
- 栈中存储的是元素的索引值index;
- 遍历整个温度数组从[0,TSize];
(1).如果栈顶元素<当前元素,则将当前元素索引index-栈顶元素index,计算完毕则将当前栈顶元素移除,将当前元素索引index 存储到栈中; 出栈后,只要栈不为空.继续比较,直到栈顶元素不能满足T[i] > T[stack_index[top-1]]
(2).如果当前的栈为空,则直接入栈;
(3).如果当前的元素小于栈顶元素,则入栈
(4).while循环结束后,当前元素也需要入栈;
int* dailyTemperatures_3(int* T, int TSize, int* returnSize) {
int* result = (int*)malloc(sizeof(int)*TSize);
// 用栈记录T的下标。
int* stack_index = malloc(sizeof(int)*TSize);
*returnSize = TSize;
// 栈顶指针。
int top = 0;
int tIndex;
for (int i = 0; i < TSize; i++)
result[i] = 0;
for (int i = 0; i < TSize; i++) {
printf("\n循环第%d次,i = %d\n",i,i);
// 若当前元素大于栈顶元素，栈顶元素出栈。即温度升高了，所求天数为两者下标的差值。
while (top > 0 && T[i] > T[stack_index[top-1]]) {
tIndex = stack_index[top-1];
result[tIndex] = i - tIndex;
top--;
printf("tIndex = %d; result[%d] = %d, top = %d \n",tIndex,tIndex,result[tIndex],top);
}
// 当前元素入栈。
stack_index[top] = i;
printf("i= %d; StackIndex[%d] = %d ",i,top,stack_index[top]);
top++;
printf(" top = %d \n",top);
}
return result;
}
括号匹配
题目：假设表达式中允许包含两种括号:圆括号与方括号,其嵌套顺序随意,即() 或者[([][])]都是正确的.而这[(]或者(()])或者([()) 都是不正确的格式. 检验括号是否匹配的方法可用"期待的急迫程度"这个概念来描述. 例如,考虑以下括号的判断:
[ ( [ ] [ ] ) ]
1 2 3 4 5 6 7 8
/*
思路:
1. 将第0个元素压栈
2. 遍历[1,strlen(data)]
(3). 取栈顶字符
(4). 检查该字符是左括号("(","[")
a.是左"(",则判断紧接其后的data[i]是为右")"
YES->压栈,NO->出栈
b.是左"[",则判断紧跟其后的data[i]是为右"]"
YES->压栈,NO->出栈
c.表示式如果以"#"结尾,则判断紧跟其后的data是为左"(""]"
YES->压栈,NO->-1;
3.遍历结束,则判断栈是否为空,为空则表示匹配成功;否则匹配失败;
[ ( [ ] [ ] ) ]
1 2 3 4 5 6 7 8
*/
int ExecuteData(SqStack stack,char* data){
Push(&stack,data[0]);
for(int i=1;i<strlen(data);i++){
char top = GetTop(stack);
switch(top){
case '(':
if(data[i]==')')Pop(&stack);
else Push(&stack,data[i]);
break;
case '[':
if(data[i]==']')Pop(&stack);
else Push(&stack,data[i]);
break;
case '#':
if(data[i]=='('||data[i]=='['){
Push(&stack,data[i]);
break;
}
else
default:return -1;break;
}
}
//如果栈为空,则返回"0"->匹配成功 否则返回"-1"匹配失败
if(stack.top==stack.base){
Destroy(&stack);
return 0;
}
else{
Destroy(&stack);
return -1;
}
}
杨辉三角
杨辉三角的定义：杨辉三角中 每个数是他左上方和右上方数的和，并且每一行的长度
等于行数本身
/*
思路:
1. 第一层循环控制行数i : 默认[i][0] = 1,[i][i] = 1
2. 第二层循环控制列数j : triangle[i][j] = triangle[i-1][j-1] + triangle[i-1][j]
*/
int** generate(int numRows, int* returnSize){
*returnSize = numRows;
int **res = (int **)malloc(sizeof(int*)*numRows);
for (int i = 0; i < numRows; i++) {
res[i] = (int *)malloc(sizeof(int)*(i+1));
res[i][0] = 1;
res[i][i] = 1;
for (int j = 1; j < i; j++) {
res[i][j] = res[i-1][j] + res[i-1][j-1];
}
}
return res;
}
楼梯问题
题目： 假设你正在爬楼梯。需要 n 阶你才能到达楼顶。每次你可以爬 1 或 2 个台阶。你有 多少种不不同的⽅方法可以爬到楼顶呢?
解法1：递归
/*
方法一:递归求解法
f(n) = f(n-1) + f(n-2);
f(1)=1;
f(2)=1;
*/
int ClimbStairs_1(int n){
if (n<1) return 0;
if (n == 1) return 1;
if (n == 2) return 2;
return ClimbStairs_1(n-1) + ClimbStairs_1(n-2);
}
解法2：动态规划
假设爬n个台阶有f（n）个可能：
- 假设先爬1阶，剩下n-1阶有f(n-1)种可能
- 假设先爬2阶，剩下n-2阶有f(n-2)种可能
因此爬n阶可以转化为两种爬n-1问题的和。f(n) = f(n-1) + f(n -2)
/*
方法二:动态规划法
*/
int ClimbStairs(int n){
if(n==1) return 1;
int temp = n+1;
int *sum = (int *)malloc(sizeof(int) * (temp));
sum[0] = 0;
sum[1] = 1;
sum[2] = 2;
for (int i = 3; i <= n; i++) {
sum[i] = sum[i-1] + sum[i-2];
}
return sum[n];
}
字符串编码
题目：编码规则为: k[encoded_string]，表示其中方括号内部的 encoded_string 正好重复 k 次。注意 k 保证为正整数。你可以认为输入字符串总是有效的；输入字符串中没有额外的空格，且输入的方括号总是符合格式要求的。此外，你可以认为原始数据不包含数字，所有的数字只表示重复的次数 k ，例如不会出现像 3a 或 2[4] 的输入。
例如:
s = "3[a]2[bc]", 返回 "aaabcbc".
s = "3[a2[c]]", 返回 "accaccacc".
s = "2[abc]3[cd]ef", 返回 "abcabccdcdcdef".
思路:
例如:12[a]为例;
1.遍历字符串 S
2.如果当前字符不为方括号"]" 则入栈stack中;
2.如果当前字符遇到了方括号"]" 则:
① 首先找到要复制的字符,例如stack="12[a",那么我要首先获取字符a;将这个a保存在另外一个栈去tempStack;
② 接下来,要找到需要备份的数量,例如stack="12[a",因为出栈过字符"a",则当前的top指向了"[",也就是等于2;
③ 而12对于字符串是2个字符, 我们要通过遍历找到数字12的top上限/下限的位置索引, 此时上限curTop = 2, 下限通过出栈,top = -1;
④ 根据范围[-1,2],读取出12保存到strOfInt 字符串中来, 并且将字符"12\0",转化成数字12;
⑤ 当前top=-1,将tempStack中的字符a,复制12份入栈到stack中来;
⑥ 为当前的stack扩容, 在stack字符的末尾添加字符结束符合'\0';
char * decodeString(char * s){
/*.
1.获取字符串长度
2.设置默认栈长度50
3.开辟字符串栈(空间为50)
4.设置栈头指针top = -1;
*/
int len = (int)strlen(s);
int stackSize = 50;
char* stack = (char*)malloc(stackSize * sizeof(char));
int top = -1;
//遍历字符串,在没有遇到"]" 之前全部入栈
for (int i = 0; i < len; ++i) {
if (s[i] != ']') {
//优化:如果top到达了栈的上限,则为栈扩容;
if (top == stackSize - 1) {
stack = realloc(stack, (stackSize += 50) * sizeof(char));
}
//将字符入栈stack
stack[++top] = s[i];
printf("#① 没有遇到']'之前# top = %d\n",top);
}
else {
int tempSize = 10;
char* temp = (char*)malloc(tempSize * sizeof(char));
int topOfTemp = -1;
printf("#② 开始获取要复制的字符信息之前 # top = %d\n",top);
//从栈顶位置开始遍历stack,直到"["结束;
//把[a]这个字母a 赋值到temp栈中来;
//简单说,就是将stack中方括号里的字符出栈,复制到temp栈中来;
while (stack[top] != '[') {
//优化:如果topOfTemp到达了栈的上限,则为栈扩容;
if (topOfTemp == tempSize - 1) {
temp = realloc(temp, (tempSize += 10) * sizeof(char));
}
//temp栈的栈顶指针自增;
++topOfTemp;
//将stack栈顶字符复制到temp栈中来;
temp[topOfTemp] = stack[top];
//stack出栈,则top栈顶指针递减;
top--;
}
printf("#② 开始获取要复制的字符信息之后 # top = %d\n",top);
//找到倍数数字.strOfInt字符串;
//注意:如果是大于1位的情况就处理
char strOfInt[11];
//p记录当前的top;
int curTop = top;
printf("#③ 开始获取数字,数字位置上限 # curTop = %d\n",curTop);
//top--的目的是把"["剔除,才能找到数字;
top--;
//遍历stack得出数字
//例如39[a] 就要找到这个数字39.
//p指向当前的top,我就知道上限了; 那么接下来通过循环来找它的数字下限;
//结束条件:栈指针指向为空! stack[top] 不等于数字
while (top != -1 && stack[top] >= '0' && stack[top] <= '9') {
top--;
}
printf("#③ 开始获取数字,数字位置下限 # top = %d\n",top);
//从top-1遍历到p之间, 把stack[top-1,p]之间的数字复制到strOfInt中来;
//39中3和9都是字符. 我们要获取到这2个数字,存储到strOfInt数组
for (int j = top + 1; j < curTop; ++j) {
strOfInt[j - (top + 1)] = stack[j];
}
//为字符串strOfInt数组加一个字符结束后缀'\0'
strOfInt[curTop - (top + 1)] = '\0';
//把strOfInt字符串转换成整数 atoi函数;
//把字母复制strOfInt份到stack中去;
//例如39[a],就需要把复制39份a进去;
int curNum = atoi(strOfInt);
for (int k = 0; k < curNum ; ++k) {
//从-1到topOfTemp 范围内,复制curNum份到stackTop中去;
int kk = topOfTemp;
while (kk != -1) {
//优化:如果stack到达了栈的上限,则为栈扩容;
if (top == stackSize - 1) {
stack = realloc(stack, (stackSize += 50) * sizeof(char));
}
//将temp栈的字符复制到stack中;
//stack[++top] = temp[kk--];
++top;
stack[top] = temp[kk];
kk--;
}
}
free(temp);
temp = NULL;
}
}
//realloc 动态内存调整;
//void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);
//构成字符串stack后, 在stack的空间扩容.
char* ans = realloc(stack, (top + 1) * sizeof(char));
ans[++top] = '\0';
//stack 栈不用,则释放;
free(stack);
return ans;
}
去除重复字母
题目：给你一个仅包含小写字母的字符串，请你去除字符串中重复的字母，使得每个字母只出现一次。需保证返回结果的字典序最小（要求不能打乱其他字符的相对位置）
示例1:
输入:"bcabc"
输出:"abc"
示例2:
输入:"cbacdcbc"
输出:"acdb"
解题关键:
字典序: 字符串之间比较和数字比较不一样; 字符串比较是从头往后挨个字符比较,那个字符串大取决于两个字符串中第一个对应不相等的字符; 例如 任意一个a开头的字符串都大于任意一个b开头的字符串;例如字典中apple 大于 book;
题目的意思,你去除重复字母后,需要按最小的字典序返回.并且不能打乱其他字母的相对位置;
例如 bcabc 你应该返回abc, 而不是bca,cab;
例如 cbacdcbc 应该返回acdb,而不是cbad,bacd,adcb
例如 zab,应该返回zab,而不是abz;
思路:
- 判断字符串可能出现的特殊情况
- 用一个record数组记录字符串中字母出现的次数;
- 申请一个字符串栈stack用来存储去除重复字母的结果,并利用它的特性帮助我们找到正确的次序;
- 遍历字符串s
- 从0~top,遍历stack 判断当前字符s[i]是否存在于栈stack中
如果当前字符是否存在于栈的定义一个falg 标记isExist, 0表示不存在, 1表示存在 - 如果isExist存在,record[s[i]]位置上的出现次数减一，并继续遍历下一个字符; 表示当前的stack已经有这个字符了没有必要处理这个重复的字母;
- 如果isExist不存在,则
如果不存在,则需要循环一个找到一个正确的位置,然后在存储起来;
如果不存在，跳过栈中所有比当前字符大、且后面还会出现的元素，然后将当前字符入栈
top > -1表示栈非空
stack[top] > s[i]表示栈顶元素比当前元素大
record[stack[top]] > 1表示后面还会出现
通过一个while循环找到将栈中位置错误的数据,出栈. 找当前合适的位置,则结束while循环;
找到合理的位置后,则将当前字符s[i]入栈;
8.直到遍历完所有字符后,则为字符串栈stack 添加一个结束符'\0',并返回当前字符串首地址;
char *removeDuplicateLetters(char *s)
{
/*
① 特殊情况处理,s为空,或者字符串长度为0;
② 特殊情况,s的长度为1,则没有必要后续的处理,则直接返回s;
*/
if (s == NULL || strlen(s) == 0) {
return "";
}
if (strlen(s) == 1) {
return s;
}
//record数组,用来记录字符串s中每个字符未来会出现的次数;
char record[26] = {0};
int len = (int)strlen(s);
//申请一个字符串stack;(用栈的特性来进行stack字符串的数据进出)
char* stack = (char*)malloc(len * 2 * sizeof(char));
//memset(void *s, int ch, size_t n) 将stack len*2*sizeof(char)长度范围的空间填充0;
memset(stack, 0, len * 2 * sizeof(char));
//stack 栈顶赋初值为-1;
int top = -1;
//1.统计每个字符的频次
//例如bcabc recod[26] = {1,2,2};
int i;
for (i = 0; i < len; i++) {
record[s[i] - 'a']++;
}
//2.遍历s,入栈
for (i = 0; i < len; i++) {
//isExist 标记, 判断当前字符是否存在栈中;
int isExist = 0;
//①从0~top,遍历stack 判断当前字符s[i]是否存在于栈stack中
//如果当前字符是否存在于栈的flag, 0表示不存在, 1表示存在
//top指向栈顶(也是执行stack字符串最后一个字符的位置,表示字符串长度上限)
for (int j = 0; j <= top; j++) {
if (s[i] == stack[j]) {
isExist = 1;
break;
}
}
//② 如果存在,record[s[i]]位置上的出现次数减一，并继续遍历下一个字符
//③ 如果不存在,则需要循环一个正确位置存储起来;
//④ 如果不存在，跳过栈中所有比当前字符大、且后面还会出现的元素，然后将当前字符入栈
// top > -1表示栈非空
//stack[top] > s[i]表示栈顶元素比当前元素大
//record[stack[top]] > 1表示后面还会出现
//例如b,c因为不符合以下条件会直接入栈.stack[] = "bc",但是当当前字符是"a"时,由于bcabc,a不应该是在stack的顺序是"bca",所以要把位置不符合的字符出栈;
//top = 1,stack[top] > s[i], c>a; 并且stack[top] 在之后还会重复的出现,所以我们可以安心的把stack中的栈顶C出栈,所以stack[]="b",top减一后等于0; 同时也需要将record[c]出现次数减一;
//top=0,stack[top]>s[i],b>a,并且stack[top] 在之后还会出现,所以stack把栈顶b出栈,所以此时栈stack[]="",top减一后等于-1, 此时栈中位置不正确的字符都已经移除;
if (isExist == 1) {
record[s[i] - 'a']--;
} else {
while (top > -1 && stack[top] > s[i] && record[stack[top] - 'a'] > 1) {
// 跳过该元素，频次要减一
record[stack[top] - 'a']--;
// 出栈
top--;
}
//⑤ 结束while 循环;
//循环结束的3种可能性:(1)移动到栈底(top == -1) ; (2)栈顶元素小于当前元素(stack[top] <= s[i]) (3)栈顶元素后面不出现(record[stack[top]] == 1)
// 此时，当前元素要插入到top的下一个位置
// top往上移动1位
top++;
// 入栈
stack[top] = s[i];
}
}
//结束栈顶添加字符结束符
stack[++top] = '\0';
return stack;
}
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