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力扣hot100刷题——栈

article 2025/3/7 4:55:31

文章目录

  • 69.有效的括号
    • 题目描述
    • 思路：栈
    • code
  • 70.最小栈
    • 题目描述
    • 思路：双栈法
    • code
    • 优化：单栈法
    • code
  • 71.字符串解码
    • 题目描述
    • 思路：栈
    • code
  • 73.每日温度
    • 题目描述
    • 思路：单调栈
    • code
  • 74.柱状图中最大的矩形
    • 题目描述
    • 思路：单调栈
    • code

69.有效的括号

题目描述

20. 有效的括号

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：

  1. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
  2. 左括号必须以正确的顺序闭合。
  3. 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 <= 10^4
  • s 仅由括号 '()[]{}' 组成

思路：栈

  1. 栈的使用：
    • 使用栈来保存未匹配的左括号。
    • 遍历字符串，遇到左括号时，将其压入栈中。
    • 遇到右括号时，检查栈顶的左括号是否与之匹配：
      • 如果匹配，则将栈顶的左括号弹出。
      • 如果不匹配，则说明字符串无效，直接返回 false。
  2. 最终检查：
    • 遍历结束后，检查栈是否为空：
      • 如果栈为空，说明所有括号都匹配成功，返回 true。
      • 如果栈不为空，说明有未匹配的左括号，返回 false。

code

#include <stdbool.h>
#include <string.h>

bool isValid(char* s) {
    // 定义一个栈，用于存放未匹配的左括号
    char st[10000 + 5];
    int size = 0; // 栈的大小
    int len = strlen(s); // 字符串的长度

    // 遍历字符串中的每一个字符
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        // 如果是左括号，压入栈中
        if (s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{') {
            st[size++] = s[i];
        }
        // 如果是右括号，检查是否与栈顶的左括号匹配
        else {
            // 如果栈为空，说明没有与之匹配的左括号，返回 false
            if (size == 0) return false;

            // 获取栈顶的左括号
            char top = st[size - 1];

            // 检查栈顶的左括号是否与当前的右括号匹配
            if ((top == '(' && s[i] == ')') || 
                (top == '[' && s[i] == ']') || 
                (top == '{' && s[i] == '}')) {
                // 匹配成功，弹出栈顶的左括号
                size--;
            } else {
                // 匹配失败，返回 false
                return false;
            }
        }
    }

    // 遍历结束后，检查栈是否为空
    // 如果栈为空，说明所有括号都匹配成功；否则说明有未匹配的左括号
    return size == 0;
}

70.最小栈

题目描述

155. 最小栈

设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

实现 MinStack 类:

  • MinStack() 初始化堆栈对象。
  • void push(int val) 将元素val推入堆栈。
  • void pop() 删除堆栈顶部的元素。
  • int top() 获取堆栈顶部的元素。
  • int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

示例 1:

输入：
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]

输出：
[null,null,null,null,-3,null,0,-2]

解释：
MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.getMin();   --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 0.
minStack.getMin();   --> 返回 -2.

提示：

  • -2^31 <= val <= 2^31 - 1
  • pop、top 和 getMin 操作总是在 非空栈 上调用
  • push, pop, top, and getMin最多被调用 3 * 10^4 次

思路：双栈法

  1. 主栈：用于存储所有元素。
  2. 辅助栈：用于存储当前栈中的最小值。
    • 每当主栈压入一个元素时，辅助栈也压入当前的最小值。
    • 每当主栈弹出一个元素时，辅助栈也弹出栈顶元素。
    • 这样，辅助栈的栈顶始终是当前栈中的最小值。

这里的辅助栈相当于一个前缀最小值，记录当前最小值。

code


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>

// 定义栈的最大容量
#define MAX_SIZE 10000

// 定义最小栈结构体
typedef struct {
    int mainStack[MAX_SIZE]; // 主栈，存储所有元素
    int minStack[MAX_SIZE];  // 辅助栈，存储当前最小值
    int top;                 // 栈顶指针
} MinStack;

// 初始化最小栈
MinStack* minStackCreate() {
    MinStack* obj = (MinStack*)malloc(sizeof(MinStack));
    obj->top = -1; // 初始化栈顶指针为 -1，表示栈为空
    return obj;
}

// 将元素压入栈中
void minStackPush(MinStack* obj, int val) {
    if (obj->top >= MAX_SIZE - 1) {
        // 栈已满，无法压入
        return;
    }

    // 将元素压入主栈
    obj->top++;
    obj->mainStack[obj->top] = val;

    // 如果辅助栈为空，或者当前值小于等于辅助栈的栈顶元素，则压入辅助栈
    if (obj->top == 0 || val <= obj->minStack[obj->top - 1]) {
        obj->minStack[obj->top] = val;
    } else {
        // 否则，将辅助栈的栈顶元素复制到当前位置
        obj->minStack[obj->top] = obj->minStack[obj->top - 1];
    }
}

// 弹出栈顶元素
void minStackPop(MinStack* obj) {
    if (obj->top < 0) {
        // 栈为空，无法弹出
        return;
    }

    // 弹出栈顶元素
    obj->top--;
}

// 获取栈顶元素
int minStackTop(MinStack* obj) {
    if (obj->top < 0) {
        // 栈为空，返回一个无效值
        return INT_MIN;
    }

    // 返回主栈的栈顶元素
    return obj->mainStack[obj->top];
}

// 获取栈中的最小元素
int minStackGetMin(MinStack* obj) {
    if (obj->top < 0) {
        // 栈为空，返回一个无效值
        return INT_MIN;
    }

    // 返回辅助栈的栈顶元素，即当前最小值
    return obj->minStack[obj->top];
}

// 释放最小栈的内存
void minStackFree(MinStack* obj) {
    free(obj);
}


/**
 * Your MinStack struct will be instantiated and called as such:
 * MinStack* obj = minStackCreate();
 * minStackPush(obj, val);
 
 * minStackPop(obj);
 
 * int param_3 = minStackTop(obj);
 
 * int param_4 = minStackGetMin(obj);
 
 * minStackFree(obj);
*/

优化：单栈法

栈中存储差值：

  • 栈中存储当前元素与最小值的差值。
  • 用一个变量 min 记录当前的最小值。
  • 当压入元素时，计算当前元素与 min 的差值，并更新 min。
  • 当弹出元素时，根据栈顶的差值恢复 min。

code

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>

// 定义栈的最大容量
#define MAX_SIZE 10000

// 定义最小栈结构体
typedef struct {
    long stack[MAX_SIZE]; // 栈，存储当前值与最小值的差值
    int top;             // 栈顶指针
    long min;            // 当前最小值
} MinStack;

// 初始化最小栈
MinStack* minStackCreate() {
    MinStack* obj = (MinStack*)malloc(sizeof(MinStack));
    obj->top = -1; // 初始化栈顶指针为 -1，表示栈为空
    obj->min = 0;  // 初始化最小值为 0
    return obj;
}

// 将元素压入栈中
void minStackPush(MinStack* obj, int val) {
    if (obj->top >= MAX_SIZE - 1) {
        // 栈已满，无法压入
        return;
    }

    if (obj->top == -1) {
        // 如果栈为空，当前值就是最小值
        obj->stack[++obj->top] = 0; // 差值为 0
        obj->min = val;
    } else {
        // 计算当前值与最小值的差值
        long diff = (long)val - obj->min;
        obj->stack[++obj->top] = diff;

        // 如果当前值小于最小值，更新最小值
        if (diff < 0) {
            obj->min = val;
        }
    }
}

// 弹出栈顶元素
void minStackPop(MinStack* obj) {
    if (obj->top < 0) {
        // 栈为空，无法弹出
        return;
    }

    // 获取栈顶的差值
    long diff = obj->stack[obj->top--];

    // 如果差值为负数，说明弹出的是最小值，需要更新 min
    if (diff < 0) {
        obj->min = obj->min - diff;
    }
}

// 获取栈顶元素
int minStackTop(MinStack* obj) {
    if (obj->top < 0) {
        // 栈为空，返回一个无效值
        return INT_MIN;
    }

    // 如果栈顶的差值非负，则栈顶元素为 min + diff
    // 如果栈顶的差值为负，则栈顶元素为 min
    long diff = obj->stack[obj->top];
    if (diff >= 0) {
        return (int)(obj->min + diff);
    } else {
        return (int)obj->min;
    }
}

// 获取栈中的最小元素
int minStackGetMin(MinStack* obj) {
    if (obj->top < 0) {
        // 栈为空，返回一个无效值
        return INT_MIN;
    }

    // 直接返回 min
    return (int)obj->min;
}

void minStackFree(MinStack* obj) {
    free(obj);
}

/**
 * Your MinStack struct will be instantiated and called as such:
 * MinStack* obj = minStackCreate();
 * minStackPush(obj, val);
 
 * minStackPop(obj);
 
 * int param_3 = minStackTop(obj);
 
 * int param_4 = minStackGetMin(obj);
 
 * minStackFree(obj);
*/

71.字符串解码

题目描述

394. 字符串解码

给定一个经过编码的字符串，返回它解码后的字符串。

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。

示例 1：

输入：s = "3[a]2[bc]"
输出："aaabcbc"

示例 2：

输入：s = "3[a2[c]]"
输出："accaccacc"

示例 3：

输入：s = "2[abc]3[cd]ef"
输出："abcabccdcdcdef"

示例 4：

输入：s = "abc3[cd]xyz"
输出："abccdcdcdxyz"

提示：

  • 1 <= s.length <= 30
  • s 由小写英文字母、数字和方括号 '[]' 组成
  • s 保证是一个 有效 的输入。
  • s 中所有整数的取值范围为 [1, 300]

思路：栈

  1. 栈：
    • 使用一个 数字栈 来存储重复次数。
    • 使用一个 字符栈 来存储字符（包括字母和左括号）。
  2. 遍历字符串：
    • 如果遇到数字，解析完整的数字并压入数字栈。
    • 如果遇到左括号 [ 或字母，直接压入字符栈。
    • 如果遇到右括号 ]，开始解码：
      • 弹出数字栈顶的重复次数。
      • 弹出字符栈中的字符，直到遇到左括号 [。
      • 将弹出的字符重复指定次数，并重新压入字符栈。

code

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

char* decodeString(char* s) {
    int numStack[30];          // 数字栈，用于存储重复次数
    int numtop = 0;            // 数字栈的栈顶指针
    char* charStack = malloc(sizeof(char) * 9001); // 字符栈，用于存储字符
    int chartop = 0;           // 字符栈的栈顶指针
    char* tempStack = malloc(sizeof(char) * 9001); // 临时栈，用于存储需要重复的字符
    int temptop = 0;           // 临时栈的栈顶指针
    int i = 0;                 // 遍历字符串的索引

    while (s[i] != '\0') {
        if (s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
            // 解析数字
            int cnt = s[i++] - '0'; // 将字符转换为数字
            while (s[i] >= '0' && s[i] <= '9') {
                cnt = cnt * 10 + (s[i] - '0'); // 处理多位数
                i++;
            }
            numStack[numtop++] = cnt; // 将数字压入数字栈
        } else if (s[i] == ']') {
            // 遇到右括号，开始解码
            int cnt = numStack[--numtop]; // 弹出数字栈顶的重复次数
            int t = chartop;

            // 找到字符栈中最近的左括号
            while (charStack[--t] != '[');

            // 将左括号和右括号之间的字符复制到临时栈
            temptop = 0;
            for (int j = t + 1; j < chartop; j++) {
                tempStack[temptop++] = charStack[j];
            }

            // 弹出字符栈中的左括号
            chartop = t;

            // 将临时栈中的字符重复 cnt 次，并压回字符栈
            for (int j = 0; j < cnt; j++) {
                for (int k = 0; k < temptop; k++) {
                    charStack[chartop++] = tempStack[k];
                }
            }

            i++; // 移动到下一个字符
        } else {
            // 普通字符或左括号，直接压入字符栈
            charStack[chartop++] = s[i++];
        }
    }

    // 在字符栈末尾添加字符串结束符
    charStack[chartop] = '\0';

    // 释放临时栈的内存
    free(tempStack);

    return charStack;
}

73.每日温度

题目描述

739. 每日温度

给定一个整数数组 temperatures ，表示每天的温度，返回一个数组 answer ，其中 answer[i] 是指对于第 i 天，下一个更高温度出现在几天后。如果气温在这之后都不会升高，请在该位置用 0 来代替。

示例 1:

输入: temperatures = [73,74,75,71,69,72,76,73]
输出: [1,1,4,2,1,1,0,0]

示例 2:

输入: temperatures = [30,40,50,60]
输出: [1,1,1,0]

示例 3:

输入: temperatures = [30,60,90]
输出: [1,1,0]

提示：

  • 1 <= temperatures.length <= 10^5
  • 30 <= temperatures[i] <= 100

思路：单调栈

维护一个单调不增的栈（栈底代表的元素大于栈顶代表的元素）：

  • 由于本题需要计算天数差值，因此栈中保存的是数组下标。

  • 遍历温度数组：

    • 当前元素小于栈顶对应的元素或栈为空时，温度数组的下标入栈
    • 当前元素大于栈顶对应的元素时，栈顶元素出栈并计算下标差值，写入答案数组的对应位置，继续比较，直到当前元素小于栈顶对应的元素或栈为空，将该下表入栈。

  • 若最后栈不为空，说明在其后没有找到值更大的元素，将栈中元素对应答案数组的位置全部置为0。

code

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int* dailyTemperatures(int* temperatures, int temperaturesSize, int* returnSize) {
    *returnSize = temperaturesSize; // 设置返回数组的大小
    int* ans = malloc(sizeof(int) * temperaturesSize); // 分配结果数组的内存
    int st[temperaturesSize]; // 单调栈，用于存储温度的下标
    int top = 0; // 栈顶指针，初始值为 0

    // 维护一个单调不增的栈
    // 规则：
    // 1. 当前元素小于等于栈顶元素：当前元素的下标入栈
    // 2. 当前元素大于栈顶元素：计算栈顶元素的下标差值，栈顶出栈，继续比较
    for (int i = 0; i < temperaturesSize; i++) {
        if (top == 0 || temperatures[i] <= temperatures[st[top - 1]]) {
            // 如果栈为空，或者当前温度小于等于栈顶温度，当前下标入栈
            st[top++] = i;
        } else {
            // 如果当前温度大于栈顶温度
            while (top > 0 && temperatures[i] > temperatures[st[top - 1]]) {
                // 计算栈顶元素对应的等待天数
                ans[st[top - 1]] = i - st[top - 1];
                // 栈顶元素出栈
                top--;
            }
            // 当前下标入栈
            st[top++] = i;
        }
    }

    // 处理栈中剩余的元素
    // 这些元素表示没有更高的温度，等待天数为 0
    while (top > 0) {
        ans[st[--top]] = 0;
    }

    // 返回结果数组
    return ans;
}

74.柱状图中最大的矩形

题目描述

84. 柱状图中最大的矩形

给定 n 个非负整数，用来表示柱状图中各个柱子的高度。每个柱子彼此相邻，且宽度为 1 。

求在该柱状图中，能够勾勒出来的矩形的最大面积。

示例 1:

img

输入：heights = [2,1,5,6,2,3]
输出：10
解释：最大的矩形为图中红色区域，面积为 10

示例 2：

img

输入： heights = [2,4]
输出： 4

提示：

  • 1 <= heights.length <=10^5
  • 0 <= heights[i] <= 10^4

思路：单调栈

  • 初始化一个栈 stack 和一个变量 maxArea，用于记录最大面积。
  • 遍历 heights 数组：
    • 对于当前柱子 heights[i]，检查栈顶元素：
      • 如果栈不为空且当前柱子高度小于栈顶元素对应的柱子高度，说明找到了右边界。
      • 弹出栈顶元素，并计算以该柱子为高度的矩形面积：
        • 宽度 = 当前下标 i - 栈顶元素下标 stack[top - 1] - 1。
        • 面积 = 高度 heights[stack[top]] * 宽度。
      • 更新 maxArea。
      • 重复上述过程，直到栈为空或当前柱子高度不小于栈顶元素对应的柱子高度。
    • 将当前下标 i 压入栈中。
  • 遍历结束后，处理栈中剩余的元素：
    • 弹出栈顶元素，并计算以该柱子为高度的矩形面积：
      • 宽度 = 数组长度 n - 栈顶元素下标 stack[top - 1] - 1。
      • 面积 = 高度 heights[stack[top]] * 宽度。
      • 更新 maxArea。
  • 返回 maxArea。

code

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int largestRectangleArea(int* heights, int heightsSize) {
    int* stack = malloc(sizeof(int) * (heightsSize + 1)); // 单调栈，存储柱子的下标
    int top = -1; // 栈顶指针
    int maxArea = 0; // 最大面积

    // 遍历柱子数组
    for (int i = 0; i <= heightsSize; i++) {
        // 当前柱子的高度（如果是最后一个柱子，高度为 0）
        int h = (i == heightsSize) ? 0 : heights[i];

        // 如果栈不为空且当前柱子高度小于栈顶元素对应的柱子高度
        while (top != -1 && h < heights[stack[top]]) {
            int height = heights[stack[top--]]; // 弹出栈顶元素
            int width = (top == -1) ? i : i - stack[top] - 1; // 计算宽度
            int area = height * width; // 计算面积
            if (area > maxArea) {
                maxArea = area; // 更新最大面积
            }
        }

        // 将当前下标压入栈中
        stack[++top] = i;
    }

    // 释放栈的内存
    free(stack);

    return maxArea;
}

http://www.kler.cn/a/573898.html

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