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【栈数据结构应用解析：常见算法题详细解答】—— Leetcode

news 来源：原创 2025/8/17 13:03:17

文章目录

栈的模拟实现
删除字符串中的所有相邻重复项
比较含退格的字符串
基本计算器||
字符串解码
验证栈序列

栈的模拟实现

#include <iostream>using namespace std;const int N = 1e5 + 10;// 创建栈
int stk[N], n;// 进栈 - 本质就是顺序表里面的尾插
void push(int x)
{stk[++n] = x;
}// 出栈 - 顺序表的尾删操作
void pop()
{n--;
}// 查询栈顶元素
int top()
{return stk[n];
}// 判断是否为空
bool empty()
{return n == 0;
}// 查询有效元素的个数
int size()
{return n;
}int main()
{for(int i = 1; i <= 10; i++){push(i);}// 当栈不为空的时候while(size()) // while(!empty()) {cout << top() << endl;pop();}return 0;
}

删除字符串中的所有相邻重复项

思路：我们通过模拟栈遍历字符串 s，逐个字符处理。当遇到当前字符和 ret（结果字符串）末尾的字符相同时，说明这两个字符相同且相邻，因此可以将末尾的字符移除（使用 pop_back()），实现删除重复字符的效果。否则，将当前字符添加到 ret 的末尾。最终返回 ret 作为结果。这个方法有效地将相邻的重复字符一一删除，直到整个字符串处理完成。

class Solution 
{
public:string removeDuplicates(string s) {// 创建一个空的字符串 ret 用于存储结果string ret;// 遍历输入字符串 s 中的每一个字符for(char ch : s){// 如果 ret 非空，并且 ret 的最后一个字符等于当前字符if(ret.size() && ret.back() == ch) // 移除 ret 末尾的字符（即删除相邻的重复字符）ret.pop_back();else // 否则，将当前字符添加到 ret 末尾ret += ch;}// 返回最终去重后的字符串return ret;}
};

比较含退格的字符串

思路：本题要求我们比较两个字符串 s 和 t 在应用退格符 # 后是否相同。退格符 # 表示删除字符串中前一个有效字符。如果遇到 #，我们就模拟删除操作，即当字符串非空时，删除最后一个有效字符。最终通过比较处理后的两个字符串来判断它们是否相等。此方法是通过两个字符串 s1 和 s2 来分别存储 s 和 t 经过退格操作后的结果，最后直接比较这两个字符串。

class Solution 
{
public:bool backspaceCompare(string s, string t) {// 创建两个空字符串 s1 和 s2 用于存储去除退格符后的结果string s1, s2;// 遍历字符串 s 处理退格符for(char ch : s){if(ch == '#') // 如果遇到退格符{if(s1.size()) // 如果 s1 非空{s1.pop_back(); // 删除 s1 最后一个字符}} else s1 += ch; // 否则，将当前字符添加到 s1} // 遍历字符串 t 处理退格符for(char ch : t){if(ch == '#') // 如果遇到退格符{if(s2.size()) // 如果 s2 非空{s2.pop_back(); // 删除 s2 最后一个字符}} else s2 += ch; // 否则，将当前字符添加到 s2} // 比较两个处理后的字符串是否相同if(s2 == s1) return true;else return false;}
};

基本计算器||

思路：这道题目要求我们计算一个字符串表示的算式，支持加、减、乘、除四种基本运算，并且按照优先级顺序处理。为了正确计算，我们需要用栈来处理运算符的优先级。基本的思路如下：

遍历字符串：我们遍历字符串的每一个字符，遇到空格时跳过，遇到数字时读取完整的数字，遇到运算符时处理当前运算，并记录当前运算符。
使用栈存储中间结果：对于加法和减法，我们将结果加入栈中；对于乘法和除法，我们需要在栈顶进行计算（因为乘法和除法的优先级更高）。
最终计算：计算完所有数字和运算符后，栈中的值就是我们需要的结果，将栈中的值加和得到最终答案。

class Solution 
{
public:int calculate(string s) {// 使用栈来存储计算中的结果vector<int> st;int i = 0, n = s.size();// 初始操作符为 '+', 表示第一个数字为正数char op = '+';while(i < n){// 跳过空格if(s[i] == ' ') i++;// 如果是数字，读取整个数字else if(s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {int tmp = 0;// 读取整个数字while(i < n && s[i] >= '0' && s[i] <= '9')tmp = tmp * 10 + (s[i++] - '0');// 根据当前运算符执行相应的操作if(op == '+') st.push_back(tmp); // 加法：将数字压入栈else if(op == '-') st.push_back(-tmp); // 减法：将数字的相反数压入栈else if(op == '*') st.back() *= tmp; // 乘法：栈顶元素与当前数字相乘else st.back() /= tmp; // 除法：栈顶元素与当前数字相除}else {// 如果是运算符，更新当前操作符op = s[i];i++;}}// 计算栈中所有数字的和int ret = 0;for(auto ch : st) ret += ch;return ret;}
};

字符串解码

思路：这道题目要求解码一个类似 “3[a2[c]]” 的字符串。通过递归或栈的方式，可以逐步处理字符串中的数字、字母和括号。基本思路如下：

栈的使用：我们使用两个栈来辅助解码：

st 栈用于存储解码过程中的中间字符串。
nums 栈用于存储数字（即每次遇到数字时，记录数字，表示该数字代表后续括号中的字符串重复次数）。
数字处理：当我们遇到数字时，我们会计算出当前数字（可能是多位数），并将其压入 nums 栈。
左括号 [ 处理：当我们遇到左括号时，表示一个新的子字符串的开始，此时将当前已处理的字符串压入 st 栈，开始处理新的一段字符串。
右括号 ] 处理：当我们遇到右括号时，表示当前子字符串的结束。此时，弹出 st 栈顶的字符串和 nums 栈顶的数字。数字 k 代表当前子字符串应该重复的次数。我们将字符串重复 k 次后，合并到栈顶的字符串。
字母处理：当我们遇到字母时，将其直接添加到栈顶的字符串中。

最后，栈中存储的是解码后的字符串，返回栈顶的字符串即为最终结果。

class Solution 
{
public:string decodeString(string s) {// 栈 st 用于存储解码过程中的中间字符串，栈 nums 用于存储数字stack<string> st;stack<int> nums;st.push("");  // 初始栈顶为空字符串int i = 0, n = s.size();while(i < n){// 处理数字：获取一个完整的数字（可能是多位数）if(s[i] >= '0' && s[i] <= '9'){int tmp = 0;while(i < n && s[i] >= '0' && s[i] <= '9'){tmp = tmp * 10 + (s[i++] - '0');}nums.push(tmp); // 将数字压入 nums 栈}// 处理左括号 '['，表示进入一个新的子字符串else if(s[i] == '['){i++;string tmp = "";// 读取子字符串中的字母while(s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z'){tmp += s[i];i++;}st.push(tmp); // 将字母子串压入栈中}// 处理右括号 ']'，表示子字符串结束，进行重复操作else if(s[i] == ']'){string tmp = st.top();st.pop();  // 弹出栈顶字符串（当前子字符串）int k = nums.top();nums.pop();  // 弹出栈顶数字（重复次数）// 重复当前子字符串 k 次，并合并到栈顶字符串中while(k--){st.top() += tmp;}i++; // 处理下一个字符}// 处理字母，直接添加到栈顶字符串else{string tmp;while(i < n && s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z'){tmp += s[i];i++;}st.top() += tmp; // 将字母添加到栈顶字符串中}}return st.top();  // 最终返回栈顶的解码结果}
};

验证栈序列

思路：
模拟栈的操作：
我们遍历 pushed 序列，将每个元素压入栈中。
每次压栈后，检查栈顶元素是否与 popped[j] 相等。如果相等，说明栈顶元素可以被弹出，接着弹出栈顶元素，并将 j 增加。
一直进行上述操作，直到遍历完整个 pushed 序列。
最终判断：
如果遍历完 pushed 序列后，栈为空，且 j 达到了 popped 序列的末尾，说明 popped 是可能的弹出序列。
如果栈不为空，或者 j 没有达到 popped 的末尾，则说明不可能通过栈操作生成 popped。

class Solution 
{
public:bool validateStackSequences(vector<int>& pushed, vector<int>& popped) {int i = 0, j = 0, n = popped.size();  // i 是 pushed 的索引，j 是 popped 的索引stack<int> st;  // 栈，用于模拟压栈和弹栈操作// 遍历 pushed 序列while(i < n){st.push(pushed[i++]);  // 将当前元素压入栈中// 检查栈顶元素是否等于 popped[j]while(st.size() && st.top() == popped[j]){st.pop();  // 如果栈顶元素等于 popped[j]，则弹出栈顶j++;  // 更新 popped 序列的索引}}// 如果栈为空，且所有元素都能匹配成功，则返回 truereturn st.empty();}
};

栈算法的核心思路：

栈的模拟：栈是后进先出的数据结构，适用于回溯、优先级运算、括号匹配等问题。
运算符优先级处理：在处理加减乘除等运算时，栈帮助我们按照优先级进行操作，确保高优先级操作先被计算。
递归与回溯：栈模拟递归过程，通过将中间状态压栈来解决字符串解码等问题。
动态修改栈顶元素：栈可以通过操作栈顶元素来完成许多复杂的任务，如删除、合并、重复等。

【栈数据结构应用解析：常见算法题详细解答】—— Leetcode

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常规解决方法盘点关闭后台程序：按下【Ctrl Shift Esc】组合键打开任务管理器，在 “进程” 选项卡里，把当前不用的程序统统 “结束任务” ，像那些自动更新的软件、常驻后台的播放器，关了能释放不少内存。比如音乐软…...

编程日记 2025/8/16 9:43:18

PTP协议赋能高精度时间同步网络

什么是PTP？ PTP（精确时间协议，Precision Time Protocol） 是一种基于IEEE 1588标准的网络时间同步协议，旨在为分布式系统中的设备提供亚微秒级（甚至纳秒级）的高精度时钟同步。其核心目标是通过消…...

编程日记 2025/8/16 12:06:35

【redis】string应用场景：缓存功能和计数功能

文章目录缓存功能实现思路存在的问题伪代码实现记数功能实现思路统计伪代码实现缓存功能实现思路整体的思路： 应用服务器访问数据的时候，先查询 Redis 如果 Redis 上数据存在了，就直接从 Redis 读取数据交给应用服务器，不继…...

编程日记 2025/8/16 9:44:57

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栈的模拟实现

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