Python描述数据结构之栈实战篇

前言

  LeetCode中有关栈的题目。

1. LeetCode155：最小栈

  LeetCode的第155题：最小栈。
  这个题基本上就是栈的基本操作，但是题目中明确指出，要设计一个能在常数时间内检索到最小元素的栈。于是乎，直接把元素放在列表里，然后min()操作一下，这样当然不行了，min()操作的时间复杂度也是 $O(n)$。
  既然想到了数组，不如在入栈的时候就开始找最小值，然后把最小值放到一个数组min_list里，入栈完毕后，数组min_list里都是最小值，然后取出即可，这样时间复杂度就是 $O(1)$了。还有一点就是，由于不知道要输入数据量的大小，所以直接用上面博客定义的顺序栈会有栈溢出的风险，所以，这里就不用指针top，而是直接用列表的基本操作来实现顺序栈。
  实现代码如下：

class MinStack:

    def __init__(self):
        """
        initialize your data structure here.
        """
        self.S = []
        self.min_list = []

    def push(self, x):
        self.S.append(x)
        if len(self.min_list) == 0:
            self.min_list.append(x)
        else:
            self.min_list.append(min(x, self.min_list[-1]))

    def pop(self):
        self.S.pop()
        self.min_list.pop()

    def top(self):
        return self.S[-1]

    def getMin(self):
        return self.min_list[-1]

  运行结果如下：

2. LeetCode1441：用栈操作构建数组

  LeetCode的第1441题：用栈操作构建数组。
  这个题说着是栈，其实只不过是利用了栈的思想。给你一个数组list(大小由 $n$决定)，利用栈的操作来实现目标数组target，如果数组list中的元素在目标数组target中，则入栈，输出 $"Push"$，如果不在，就先入栈然后再出栈，即输出 $"Push","Pop"$，这是大多数情况。还有一个特殊情况就是，如果目标数组target里面的数字是从1开始且连续的，比如 $target=[1,2],n=4$，则只需要输出 $"Push","Push"$即可，而不必输出 $"Push","Push","Push","Pop","Push","Pop"$。
  综上可知，入栈操作的最大次数有目标数组target里面最大的数字决定，代码实现如下：

def buildArray(target, n):
    result = []
    for num in list(range(1, max(target) + 1)):
        if num in target:
            result.append('Push')
        else:
            result.append('Push')
            result.append('Pop')
    return result

  运行结果如下：

3. LeetCode1021：删除最外层的括号

  LeetCode的第1021题：删除最外层的括号。
  这个题我没有用栈(数组)，大致思路就是用一个flag来表示匹配的括号是否完全闭合，如果完全闭合，则将temp里匹配到的字符放入到result里。代码如下：

def removeOuterParentheses(S):
    flag = 0
    temp = ''
    result = ''
    for s in S:
        if s == '(':
            flag += 1
            temp += s
        else:
            flag -= 1
            temp += s
        if flag == 0:
            result += temp[1:-1]
            temp = ''
    del flag
    del temp
    return result

  运行结果如下：

4. LeetCode682：棒球比赛

  LeetCode第682题：棒球比赛。
  这个题就是遍历一遍就可以了，这里定义一个栈(数组)，如果字符是C，则删除栈里面的最后一个；如果字符是D，则将栈里面最后一个数字乘以2再入栈；如果字符是+，则将栈里面最后一个数字和倒数第二个数字相加，然后再入栈；最后将栈里面的所有数字求和，返回结果。代码如下：

def calPoints(ops):
    result = []
    for s in ops:
        if s == 'C':
            result.pop()
        elif s == 'D':
            result.append(2 * result[-1])
        elif s == '+':
            result.append(result[-1] + result[-2])
        else:
            result.append(int(s))
    return sum(result)

  运行结果如下：

5. LeetCode1047：删除字符串中的所有相邻重复项

  LeetCode第1047题：删除字符串中的所有相邻重复项。
  这个题应该很快就能想到用栈来解决，大致思路就是，先入栈，如果接下来要入栈的字符与栈里面最后一个字符相同，则这个字符不执行入栈操作，并将栈里面最后一个字符进行出栈操作删除，最后将栈里面的字符转成字符串返回。代码如下：

def removeDuplicates(S):
    stack = []
    for s1 in S:
        if not stack:
            stack.append(s1)
        else:
            if s1 == stack[-1]:
                stack.pop()
            else:
                stack.append(s1)
    return ''.join(stack)

  运行结果如下：

6. LeetCode496：下一个更大元素 I

  LeetCode第496题：下一个更大元素 I。
  这个题的重心要放在nums2上，因为nums1是nums2的一个子集，所以只需要找出nums2每个数字右边的第一个最大值即可，然后用字典存储它们的关系，最后再通过遍历nums1每个数字在字典中对应的值即可。
  通过一个栈来找出nums2每个数字右边的第一个最大值，大致思路就是，先判断栈是否为空，如果不为空，说明栈里面的元素还没有找到它右边的第一个最大值；如果后面的数字大于前面的数字，则将栈里面的数字进行出栈操作，直至栈为空，然后再将这个元素入栈；如果后面的数字小于前面的数字，则将其直接入栈。代码如下：

def nextGreaterElement(nums1, nums2):
    stack = []
    dict1 = {}
    result = []
    for num in nums2:
        # 这个while循环就是找到入栈的元素的右边的第一个最大值
        while stack and num > stack[-1]:
            dict1[stack[-1]] = num
            stack.pop()
        stack.append(num)
    del stack
    for x in nums1:
        result.append(dict1.get(x, -1))
    return result

  运行结果如下：

7. LeetCode20：有效的括号

  LeetCode第20题：有效的括号。
  这个题粗略一看感觉和上面第三个题差不多，我也是这样想的，用计数的方式来表示是否匹配，然后就这么提交了。enmmmm，没错，解答错误，因为字符(]这种情况上述的方法就失效了，所以就好好用栈来解决吧。
  大致就是，如果是左括号就入栈，是右括号就出栈，如果出栈的括号与匹配的括号是同一种，则继续匹配，否则直接返回False；最后如果栈为空，说明已匹配完毕，返回True，否则就返回False。代码如下：

def isValid(s):
    stack = []
    for s1 in s:
        if s1 == '(' or s1 == '[' or s1 == '{':
            stack.append(s1)
        else:
            try:
                if (s1 == ')' and stack.pop() == '(') or (s1 == ']' and stack.pop() == '[') or (s1 == '}' and stack.pop() == '{'):
                    continue
                else:
                    return False
            except Exception as err:
                return False
    if len(stack) == 0:
        return True
    else:
        return False

  上面的代码有些长，现在简化一下，代码如下：

def isValid1(s):
    dict1 = {')': '(', ']': '[', '}': '{'}
    stack = []
    for s1 in s:
        if s1 not in dict1:
            stack.append(s1)
        else:
            temp = stack.pop() if stack else None
            if temp == dict1.get(s1):
                continue
            else:
                return False
    return not stack

  对于Python中的not，if操作：None，False，0，空字符串’’，空列表[]，空字典{}，空元组()，都相当于False，这个小知识点还记得吧。

  再次提醒：LeetCode官方给的几个样例都不是白给的，里面有可能包含特殊情况是我没想到的，要多思考，虽然这个题很简单，但是不细心的我在这道题吃了很大的亏(’∇’)シ┳━┳