Stack on 跟著 Desolve 學程式

從LeetCode學演算法 - 114 Stack (3)

Sat, 27 Feb 2021 00:00:00 +0800

0946. Validate Stack Sequences (Medium)

寫在前面

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Question

Given two sequences pushed and popped with distinct values , return true if and only if this could have been the result of a sequence of push and pop operations on an initially empty stack.

Example 1

1
2
3
4
5


Input: pushed = [1,2,3,4,5], popped = [4,5,3,2,1]
Output: true
Explanation: We might do the following sequence:
push(1), push(2), push(3), push(4), pop() -> 4,
push(5), pop() -> 5, pop() -> 3, pop() -> 2, pop() -> 1

Example 2

1
2
3


Input: pushed = [1,2,3,4,5], popped = [4,3,5,1,2]
Output: false
Explanation: 1 cannot be popped before 2.

Constraints

0 <= pushed.length == popped.length <= 1000
0 <= pushed[i], popped[i] < 1000
pushed is a permutation of popped.
pushed and popped have distinct values.

分析/解題

給定兩個序列pushed跟poped，
序列當中的每個值都是獨特的(也就是每個值會不同)，
如果對於一個空的stack進行push和pop的操作，
能夠完全符合pushed和poped列出來的順序的話，
就回傳true，否則回傳false。

這個問題乍看之下或許有點不夠清楚，
簡單來說呢，就是不管如何，推入的順序一定是pushed，
也就是放入的時候的順序是固定的，只是選擇在什麼時候poped而已，
例如[1, 2, 3, 4, 5]，
如果我們push兩次，pop一次，再push三次，pop四次 ，
那麼我們所得到的結果會是:

1
2
3
4
5


stack poped
1, 2 　
1 2
1, 3, 4, 5 2
 2, 5, 4, 3, 1

再多做一些嘗試，就會知道pop的時間點會影響到poped最終的順序結果。
因此，我們可以試想一下幾個情況：

當stack裡面沒有東西 ->
沒辦法pop東西出來，必須要先push進去才行。
當stack裡面有東西 ->
要pop出來嗎？由於每個值都相異，所以這邊出現過的數字，後面就不能出現了！因此我們應該看現在poped的順序走到哪裡 ，去檢查現在stack最上面 是否和poped對應的數字一樣 ，這樣才代表需要做pop的操作。

依照上面的想法，我們做的順序應該像這樣：

開一個新的Stack，這邊稱為st。
宣告一個變數i並初始化為0，用來記錄下一個poped所在的index 。
使用迴圈，依序每次從pushed取出一個num：
3–1. 將num推入st中
3–2. 當st還有值在內，且最上層剛好和poped[i]相同 時，進行迴圈，
對st進行一次pop，並遞增i (代表往下一個值來看)
(不相同的話，就代表這個值不該在這邊被pop出來)
大迴圈結束後，若st剛好清空，代表這個順序是OK的，
因此st是空的時候回傳true，否則回傳false 。

依此，寫成程式碼如下：

Java

Java的部分，檢查stack是否為空要用isEmpty函式，
看stack最上層可以使用peek ，也就是先偷看一下，
避免使用pop，因為我們還沒有篤定要將其移出stack外。

Python

Python的部分，我們可以直接使用list做為stack來使用 ，
可以使用append/pop，看最上層就直接利用st[-1] 即可。

面試實際可能會遇到的問題

「時間/空間複雜度？」
(O(N)/O(N)，N為pushed/popped的長度)

相似及延伸

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從LeetCode學演算法，我們下次見囉，掰~

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從LeetCode學演算法 - 107 String (7) / Stack (2)

Sat, 12 Dec 2020 00:00:00 +0800

1544. Make The String Great (Easy)

好久不見啦！最近筆者比較忙碌，還請多多見諒XD

寫在前面

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Question

Given a string s of lower and upper case English letters.

A good string is a string which doesn’t have two adjacent characters s[i] and s[i + 1] where:

0 <= i <= s.length - 2
s[i] is a lower-case letter and s[i + 1] is the same letter but in upper-case or vice-versa .

To make the string good, you can choose two adjacent characters that make the string bad and remove them. You can keep doing this until the string becomes good.

Return the string after making it good. The answer is guaranteed to be unique under the given constraints.

Notice that an empty string is also good.

Example 1

1
2
3


Input: s = "leEeetcode"
Output: "leetcode"
Explanation: In the first step, either you choose i = 1 or i = 2, both will result "leEeetcode" to be reduced to "leetcode".

Example 2

1
2
3
4
5


Input: s = "abBAcC"
Output: ""
Explanation: We have many possible scenarios, and all lead to the same answer. For example:
"abBAcC" --> "aAcC" --> "cC" --> ""
"abBAcC" --> "abBA" --> "aA" --> ""

Example 3

1
2


Input: s = "s"
Output: "s"

Constraints

1 <= s.length <= 100
s contains only lower and upper case English letters.

分析/解題

給定一個字串s，當中含有大小寫的英文字母，
一個好的字串被定義為對於 0 ≤ i ≤ s.length - 2 來說，
兩個相鄰的字元s[i]和s[i+1]不會含有相同字母但大小寫相反的狀況，
例如aA, Cc這種型式。

要讓字串變好，可以透過每次拿掉兩個相鄰且讓字串變壞的字元達到，
最終得到一個好的字串。

題目表示給定的題目一定有答案且必然是唯一的。
(空字串也是好的字串)

說起來這題的標題不禁讓人想到美國總統大選，
不過到現在恐怕已經大勢底定了就是，
這句話恐怕就要成為絕響了吧XD

扯遠了，我們來看看這題。

由於它已經保證會有唯一解，
那麼相鄰字元的移除順序理論上並不會影響結果，
所以直觀上好像可以每次掃過一遍字串，
將大小寫相鄰的相同字母移掉就解決了……嗎？

但這麼做的話，我們會不知道要掃過幾次字串才能夠將所有問題移除完，
因為比如碰到abBA 這樣子的字串，我們要將**’bB’** 移除掉，
才會在下一次發現**’aA’** 可以移除。

所以為求簡單起見，
我們可以使用一個Stack 來存放已經檢查過的部分，
每次放一個字元到Stack中，存放前將Stack最上面的那個字元，
跟準備要放的字元做比較：
兩者是相同字母且大小寫相反->將Stack中最上面的字元pop掉
兩者不需相消->放入Stack

這麼一來，我們就只會放沒有讓字串變壞的字元進到Stack，
同時每次都會拿新的字元跟前面的比對，以排除掉應該移除的部分。

那麼，怎麼算大小寫相反呢？
除了用upper/lower case相關的函式外，
在 ASCII Code 中，相同大小寫的字母的對應碼會恰巧差32。

為什麼不是26? 因為中間還有帶一些標點符號。 Python中我們可以使用ord()來對一個字元取其ASCII Code值，
而在Java中，我們可以視char為一個數字來進行加減運算，
所以直接相加減就可以了。

可能有讀者會問：
「那我記不住32這個數字怎麼辦？」

在寫的過程中，我們也可以用’a’和’A’的位置差算出來，
注意**’a’對應的值是比較大** 的呦！
所以可以將其寫成：‘a’ - ‘A’ (Java)或 ord(‘a’)- ord(‘A’) (Python)

你再問：
「那我記不住哪個在前面怎麼辦？」
呃……那你只好再加個絕對值 了！
使用Math.abs() (Java) 或 abs() (Python)就可以囉！

因此，流程大體如下：

建立一個stack名為st
從字串s當中依序取出字元c，進行迴圈：
2-1. 當st不為空，且最上面的值和c的值相差32 時，就對st進行pop
2-2. 否則表示不需消除，將c推入st中(push)
完成迴圈後，將st的所有字元連起來得到的字串即為答案

依此，寫成程式碼如下：

Java

Java的部分，由於Java的Stack固定從尾端取出，
最終使用StringBuilder進行組合完以後，toString之前記得要reverse，
不然答案就會反掉囉XD！
當然，也可以採用ArrayDeque來做，
這樣就可以從頭排列到尾而不需要反轉。
使用peek()可以幫助我們確認stack的最上面一個值是什麼，
而不會將其取出，同時因不確定大小寫誰在前面，
所以檢查時要記得取絕對值！

Python

Python這邊多加了一條判斷，但其實不影響，
只是s的長度是1或0時都可以直接回傳就是了XD

我們可以看到對於Python來說好處就是可以直接拿list當stack來使用，
同時，使用join函式可以簡單地將list組成字串。

面試實際可能會遇到的問題

「時間/空間複雜度？」
(O(N)/O(N)，N為字串長度。Java也可以使用CharAt(i)的型式來處理取出字元的部分，但不影響空間複雜度，因為後面還有其他要組的部分XD)

相似及延伸

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從LeetCode學演算法 - 12 Linked List (3)/ Stack (1)

Fri, 12 Jul 2019 00:00:00 +0800

0092. Reverse Linked List II (Medium)

Question

Reverse a linked list from position m to n. Do it in one-pass.

Note: 1 ≤ m ≤ n ≤ length of the list.

Example:

1
2


Input: 1->2->3->4->5->NULL, m = 2, n = 4
Output: 1->4->3->2->5->NULL

分析/解題

給定一個linked list，在只經過一次的操作下(每個node不會額外再走訪)，
題目要求將m到n的位置的節點進行反轉。

由範例可知這邊的m跟n是以開頭為1而非0來計算，這點讀者請特別留意。

我們先從理論上來看這題應該怎麼處理：
首先根據題目要求，m可能和n相等，
相等的狀況下其實完全不用做事，回傳head即可。

那麼如果是不相等的狀況呢？
在Linked List中，要知道某個位置的節點為何，唯有從頭一路走到該節點 。
我們想要反轉的是mn的位置：
以範例來說，會將24的位置進行反轉。
如何反轉呢？首先我們要先走到2的左邊，當我們把中間的部分反轉後，
我們還要將它們和左右兩邊接起來，要記得2的左邊跟4的右邊的節點才行。
(不然接不起來就GG了XD)
這邊將2的左邊命名為left，一路往下走的迭代節點命名為node，
走到m-1以前先記錄下left節點，再繼續往下走。

接下來問題來了，如何將2~4的部分反向連接呢？
你可以選擇一個一個拆解並重新鍵結，
但這裡筆者想介紹一個常用的資料結構：Stack(堆疊，或稱棧/堆棧)。
Stack的樣子，就跟某些苦命的辦公室人員的書桌一樣：
你會嘗試將書桌上的文件/工作處理完，但老闆總是會往上面再加新的。 也就是說，每次如果你選擇從最上面開始拿 (別從中間或下面，這麼高的文件可是會塌的！)，你會拿到最新的 工作。

Stack也是如此，假設你將1, 2, 3, 4, 5依序放入Stack中，那麼當你從Stack裡面拿東西的時候，拿出來的順序會是5, 4, 3, 2, 1。最後放進去的會最先被拿出來 ，這樣子的特性我們稱之為Last In First Out(後進先出，簡寫為LIFO)。有另一種資料結構叫Queue(隊列，或稱佇列) 跟它剛好相反，是先進先出 ，我們以後找機會再講解它。

如果這題應用上Stack的話，就簡單許多：
我們將2~4的部分通通丟進Stack中，再一個一個拿出來 ，
這時候順序就會變成4, 3, 2了！那麼，只要將剛剛存好的left，以及後面我們邊走邊看到4的時候，將它的右邊記錄起來的node，兩者再和中間的節點連結起來，就完成整個反轉的流程。

重新整理解題的順序：

判斷m是否和n相等，相等則直接回傳原先的head。
定義一個迭代用節點node，先走到m-1的位置以取得節點left。
讓node從m一路走到n，將每個node放入到Stack中。
(註:放入的術語在堆疊中叫作push)
node再額外走一步會走到n+1的位置
依次將Stack中的節點取出，並且依序連接所有節點的next，
直到Stack中再也沒有節點。
(註:取出的術語在堆疊中叫做pop)
將反轉完的尾巴和node做連接，結束整個反轉的流程。

這當中還有額外一點需要注意的是m=1 的狀況，
因為我們最後回傳的是用head 來代表整個linked list，
如果m為1的話，代表head其實已經被改變了，
我們需要同步更新head的部分。

請參照Java的寫法，我們採用了l1和l2兩個節點來處理依序連接的部分。
我們會先取出堆疊中第一個節點，這個節點會被left連接，
接下來使用l2 = st.pop(); l1.next=l2; l1 = l2;
來進行一次取一個node，將前後連接好以後，
將位置移到下一個準備連接的點。
也就是說，每次l1所在的位置，都是當前準備進行連接next的節點 。
(若讀者對這邊的說明感到抽象，請務必在紙上試著操作一下會較清楚)

在Java中，Stack的宣告方式是：

1

Stack<> st = new Stack<>();

請在"<>“之中填入你想要使用的資料型態，
在本例中為題目已經定義的class ListNode。

函式用法的部分，push()用來放入節點，pop()用來取出節點，
isEmpty()則是檢查Stack是否是空的。
(還有一個peek()，是用來看Stack最上面節點，
但不會真的將節點從Stack中移除)

Java

在Python中，list的特性可以方便的用來當作Stack使用，
放入節點可以使用append()，取出節點使用pop()。

Python

面試實際可能會遇到的問題

「時間/空間複雜度？」
(O(N), O(n-m)，因為我們的堆疊最多只需要存中間的部分和兩旁的node)

「可以只用O(1)的空間嗎？」
(可以，如果我們按順序一個一個處理m~n之間的連結，
最後再將n和m和左右兩邊連起來，是可以不使用Stack的
中間的連接方式會像是：

1
2
3
4


third = cur.next
cur.next = prev
prev = cur
cur = third

讀者有興趣的話可以嘗試看看。)

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