【leetcode】栈、队列相关题目思路总结（更新中）
简单题
面试题03.02 栈的最小值
剑指offer30 包含min函数的栈
155. 最小栈
https://leetcode-cn.com/problems/min-stack/
https://leetcode-cn.com/problems/min-stack-lcci/
https://leetcode-cn.com/problems/bao-han-minhan-shu-de-zhan-lcof/
题目要求：
自定义栈，在满足pop和push之外，再提供min方法，可以获取栈中最小的元素。
解题思路：
额外维护一个最小值栈，记录栈中的最小值。
因为栈的最小值就在栈顶，所以每次新加入元素时，只需要与栈顶比较，即可知道新的最小值是多少。
如果新元素更小，则新元素复制一份入最小值栈，如果不是，则将栈顶再复制一份入栈。
复杂度分析：
push、pop、min都是O(1)的时间复杂度。
空间复杂度为O(n)。
剑指offer09 用两个栈实现队列
面试题 03.04. 化栈为队
232. 用栈实现队列
https://leetcode-cn.com/problems/yong-liang-ge-zhan-shi-xian-dui-lie-lcof/
https://leetcode-cn.com/problems/implement-queue-using-stacks-lcci/
https://leetcode-cn.com/problems/implement-queue-using-stacks/
题目要求：
用两个栈实现一个队列。
解题思路：
用一个栈in_stack专门进行push，用一个栈out_stack来pop。
如果out_stack为空，则将in_stack的倒入out_stack。
queue: 1(front), 2, 3, 4, 5(back)
in_stack: 4, 5(top), out_stack: 3, 2, 1(top)
复杂度分析：
每个元素最多被插入和弹出in_stack out_stack各一次，所以时间复杂度O(1)。
空间复杂度为O(n)。
225 用队列实现栈
https://leetcode-cn.com/problems/implement-stack-using-queues/
题目要求：
用两个队列实现栈。
解题思路：
pop元素直接可以从队列顶删去，push元素需要一个临时栈，先将新元素进队，然后再将其他元素进队。之后再全部倒回原队列，或者互换两个队列。
用一个队列也是可以的，就是将n-1个元素先出队再入队。
queue: 5 4 3 2 1
queue_temp: 6
stack: 1 2 3 4 5 + 6
复杂度分析：
入栈操作 O(n)，其余操作都是 O(1)。
20 有效的括号
题目要求：
判断大括号、中括号、小括号的顺序是否合法。
解题思路：
用栈来解决即可。对于配对问题，可以直接if-else，也可以用unordered_map。
复杂度分析：
时间复杂度：O(n)，和序列等长。
空间复杂度：O(n+∣Σ∣) ，序列+字典长。
844 比较含退格的字符串
https://leetcode-cn.com/problems/backspace-string-compare/
题目要求：
字符串中包括退格符#，判断两个字符串是否相等。
解题思路：
方法一，用栈，遇到普通字符入栈，遇到#则出栈。时间和空间复杂度均为O(M+N)，M和N是两个字符串的长度。
方法二，双指针，定义两个指针从两个字符串的末尾开始向前比较。时间复杂度为O(M+N)，空间复杂度为O(1)。
1047 删除字符串中的所有相邻重复项
https://leetcode-cn.com/problems/remove-all-adjacent-duplicates-in-string/
题目要求：
连连看，不断从字符串中删除成对相同的元素。
解题思路：
方法一，直接用字符串的替换方法，将aa，bb，...，zz全部替换为空字符串。因为需要反复多次，所以时间复杂度O(n^2), 空间复杂度O(n)。
方法二，用栈。时间复杂度和空间复杂度均为O(n)。
346. 数据流中的移动平均值
https://leetcode-cn.com/problems/moving-average-from-data-stream/
题目要求：
计算一个移动窗口内的数据的平均值，窗口大小固定。
解题思路：
方法一，每次将新元素入队列后，遍历计算窗口内的数据的平均值，时间复杂度为O(n)，空间复杂度为O(M), M是序列长。
方法二，维持队列的大小，每次入队列后，如果超过窗口大小，则出队列一个，并记录每次的平均值，通过加减计算得到新的平均值。时间复杂度O(1), 空间复杂度O(N)。
方法三，采用基于数组的循环队列，时间空间复杂度同上，优点是不用显式地执行出队操作。
剑指 Offer 59 - I. 滑动窗口的最大值 （好题，思路经典）
https://leetcode-cn.com/problems/hua-dong-chuang-kou-de-zui-da-zhi-lcof/
题目要求：
窗口大小固定，求一个移动窗口里的最大值。
解题思路：
采用deque实现单调队列，维护一个非严格递减的队列。要很好地理解这一思想，需要用高度遮挡做类比。
这个队列的队首元素是区间里的最大的元素。当数据流出队的值和单调队列的队首值相等，则单调队列执行出队，否则，不用操作。
当数据流入队的值比单调队列队尾的值大时，丢弃该队尾值，如果还有小的，则继续丢弃。
时间复杂度O(n), 空间复杂度O(k), n为数据流队列长度，k为窗口大小。
1441. 用栈操作构建数组
https://leetcode-cn.com/problems/build-an-array-with-stack-operations/
题目要求：
从1到n按顺序遍历数，然后入栈或者出栈，得到操作序列。
解题思路：
如果数组中有的数，则是执行了一次入栈，如果没有，则执行了入栈+出栈。
933. 最近的请求次数
题目要求：
不断发送ping请求，返回最近3000毫秒的请求次数。
解题思路：
每次入队的时候，循环判断队首是否在3000毫秒以内，如果不是则出队，最后返回队长。
682. 棒球比赛
https://leetcode-cn.com/problems/baseball-game/
题目要求：
一个特殊的积分规则。
解题思路：
使用栈实现，其中上次比赛和上上次比赛的积分求和，可以先出栈一次，再入栈一次。
时间空间复杂度都是O(N)。
496. 下一个更大元素 I
https://leetcode-cn.com/problems/next-greater-element-i/
题目要求：
求数组后面比数组当前值更大的下一个值。
解题思路：
这道题和滑动窗口最大值类似，也是高度遮挡的概念。
维护一个非严格递减栈，从右向左遍历。
或者一个非严格递增栈，从左向右遍历。
1021. 删除最外层的括号
https://leetcode-cn.com/problems/remove-outermost-parentheses/
题目要求：
找原语，并去掉原语外侧的括号，再合并。
解题思路：
判断括号的层级深度，如果是1级的括号，则忽略，2级及更深层的则直接复制给结果，这道题没有必要用栈。
1544. 整理字符串
https://leetcode-cn.com/problems/make-the-string-great/
题目要求：
将成对的大小写字母删掉。
解题思路：
不需要用栈，直接扫描字符串，如果有成对的，则忽略，将后面的往前复制（移动）。
可以实现就地算法。
1598. 文件夹操作日志搜集器
https://leetcode-cn.com/problems/crawler-log-folder/
题目要求：
给一些操作序列，判断最终返回主目录的步数。
解题思路：
可以使用栈，也可以不使用而直接用if-else计数。
中等题
402. 移掉K位数字 （好题，考验细节）
https://leetcode-cn.com/problems/remove-k-digits/
题目要求：
将一个数字中的k位删掉，最后得到的数要最小。
解题思路：
最终得到的数，应该是数字高位尽可能小，因此：
方法一，从左至右，设定窗口大小k+1，然后挑选最小的数字保留，该数左边的删去（最多删k个）。
方法二，使用非严格递增的单调栈，遍历，如果后面遇到的数比前边的小，则逐个删掉前边的数，保持序列递增性，用栈实现。
要处理的特殊情况：
k个数字要保证删够。
如果最终的数字序列存在前导零，我们要删去前导零。
如果最终数字序列为空，我们应该返回 0。
739. 每日温度
https://leetcode-cn.com/problems/daily-temperatures/
题目要求：
给一个温度序列，返回到下一个温度更高的时间的距离。
解题思路：
这道题和下一个更大元素题类似，不过是增加了距离计算。
多设置一个stack同步下标，即可得到距离。
另外一种方法是，利用输入vector按index取值，以及用输出vector元素自增，只用一个保存下标的stack即可。
1190. 反转每对括号间的子串（好题，思路清奇）
https://leetcode-cn.com/problems/reverse-substrings-between-each-pair-of-parentheses/
题目要求：
将一个字符串里括号中的内容逐级反转。
解题思路：
方法一，可以用栈判断括号的层级，然后写一个函数专门反转字符串，时间复杂度为O(n^2)。
方法二，一个很神奇的方法（黑洞法），先遍历一遍确定括号位置存到map里，然后开始遍历，遇到括号则跳到对应的括号处，并更改方向，前进一步。边界条件是，最终会跳出序列，只要判断位置合法。
方法二的时间复杂度为O(n)，思路很不错，很难想到。
456. 132模式
https://leetcode-cn.com/problems/132-pattern/
题目要求：
从序列中找到符合132模式的数字，即3元组，左边<右边<中间。
解题思路：
首先从左到右遍历一遍得到最小值栈，这样下一步从右往左遍历的时候，可以知道左边有更小的值。
然后从右往左遍历，将当前值按条件依次入栈，同时最小值栈依次出栈。
条件：如果当前值小于栈顶则入栈，等于则跳过。大于栈顶则找到了比右边大的数。
不过右边的数不一定是更大的，所以在不大于当前值的情况下，逐个出栈，保证取到较大的数（当前值应当也在遍历时插入其中，后续会使用到）。
此时再判断如果这两个数比最小值栈栈顶大，则132三元组就找到了。
856. 括号的分数
https://leetcode-cn.com/problems/score-of-parentheses/
题目要求：
给定一个平衡括号字符串 S，按下述规则计算该字符串的分数：
() 得 1 分。
AB 得 A + B 分，其中 A 和 B 是平衡括号字符串。
(A) 得 2 * A 分，其中 A 是平衡括号字符串。
解题思路：
方法一，先遍历一遍，找到括号对，索引存到map里。然后将这一级的括号结果相加，下一级的则递归。时间空间复杂度均为O(n)。
方法二，维护一个栈，动态存储结果，遇到左括号则将0入栈，遇到右括号，则结果加到栈顶，同一级的直接相加，返回上级则乘2加到上级，最后得到总的结果，时间空间复杂度均为O(n)。
方法三，数学本质，找到层级最高的括号，则这个括号的值为2^n，最后把这些最高层级的括号相加既可，时间复杂度O(n)，空间O(1)。
1209. 删除字符串中的所有相邻重复项 II
https://leetcode-cn.com/problems/remove-all-adjacent-duplicates-in-string-ii/
题目要求：
给你一个字符串 s，「k 倍重复项删除操作」将会从 s 中选择 k 个相邻且相等的字母，并删除它们，使被删去的字符串的左侧和右侧连在一起。
你需要对 s 重复进行无限次这样的删除操作，直到无法继续为止。
在执行完所有删除操作后，返回最终得到的字符串。
解题思路：
这道题方法较多，基本上都是要用到栈，空间时间复杂度最优为O(n)。
类似快慢双指针法，用两个双端队列，一个存字符，一个存计数，扫描字符串，如果字符相同，则累加计数，计数达到3，则删除。最后从队列前端倒出来，组成新字符串。
394. 字符串解码
https://leetcode-cn.com/problems/decode-string/
题目要求：
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。
解题思路：
因为会有嵌套括号存在的情况，所以需要从最深层逐层向上处理，因此要保存好各层的变量。
使用一个栈保存该级待重复次数，使用一个栈保存该级需要重复的字母数，使用一个双端队列作为输入输出的数据流。
需要考虑的细节：
重复次数数字可能大于个位数，所以需要对数字进行拼接。
深层的重复后，需要更新上一级的字母数。
因为可能一开始只有字母，因此这个也要算一级（重复次数为1）。
946. 验证栈序列
https://leetcode-cn.com/problems/validate-stack-sequences/
题目要求：
判断list2是不是list1的合法出栈序列。
解题思路：
贪心法，每次先从list1中取一个数入栈，然后循环判断栈顶和list2头部的元素是否相等，相等则出栈。最后判断栈是否已清空，未清空则为false，已清空则为true。
71. 简化路径
https://leetcode-cn.com/problems/simplify-path/
题目要求：
给一个linux的路径，然后简化一下，其中有.以及..还有多个/。
解题思路：
压栈既可，注意对于几个特殊符号的处理逻辑的严密性，简单题。
144. 二叉树的前序遍历（后续需要学习Morris方法）
https://leetcode-cn.com/problems/binary-tree-preorder-traversal/
题目要求：
前序遍历。
解题思路：
用栈实现，判断是否为空，非空则先将父节点入栈。
然后循环执行，栈顶出栈，结果保存，将右子树入栈，再将左子树入栈，直到栈内为空。这种方法的时空复杂度均为O(n)。
此外还有一种Morris方法，充分利用空闲指针，空间复杂度为O(1)。值得学习，后面几道题都可以用。
94. 二叉树的中序遍历
https://leetcode-cn.com/problems/binary-tree-inorder-traversal/
题目要求：
中序遍历。
解题思路：
用栈实现，判断是否为空，非空则将父节点入栈。
然后循环执行，栈顶出栈，判断如果没有左右子树，则将值保存，否则，将右子树入栈，在将父节点减掉子树后入栈，将左子树入栈。
145. 二叉树的后序遍历
https://leetcode-cn.com/problems/binary-tree-postorder-traversal/
题目要求：
后序遍历。
解题思路：
与上面两题类似，不再赘述。
582. 杀死进程
https://leetcode-cn.com/problems/kill-process/
题目要求：
进程的父子关系类似于树，一个父进程会有几个子进程，求一个进程被杀死后，哪些进程一起死掉了。
解题思路：
方法一，可以直接构造树，然后遍历要杀死的子树。时间空间复杂度为O(n)。
方法二，用哈希表保存父子关系，然后用BFS或者DFS进行遍历。
面试题 17.09. 第 k 个数
https://leetcode-cn.com/problems/get-kth-magic-number-lcci/
题目要求：
一个数因式分解只能包括3,5,7这三种，1也算。序列1,3,5,7,9,15，求第k个。
解题思路：
这道题的解题思路非常巧妙。
先弄个vector存结果，然后设置三个指针，表示3,5,7*的vector里的哪个位置的元素。
找到值最小的那个，并将对应相等的指针（可能不止一个）向后移动。
622. 设计循环队列
https://leetcode-cn.com/problems/design-circular-queue/
题目要求：
基于定长数组实现一个循环队列。
解题思路：
主要采用两个指针实现，一个头指针，一个尾指针。区间为左闭右开。各种条件判断要注意不要出错。
641. 设计循环双端队列
https://leetcode-cn.com/problems/design-circular-deque/
题目要求：
基于定长数组实现一个双端队列。
解题思路：
和上题类似，也是用两个指针，不同点就是插入和删除多了一个方向。
173. 二叉搜索树迭代器
https://leetcode-cn.com/problems/binary-search-tree-iterator/
题目要求：
根据二叉搜索树构建，可以返回next()和hasNext()，要求O(1)时间复杂度，O(k)空间。
解题思路：
因为二叉搜索树是可以通过中序遍历获得最小值的，所以在初始化方法中先做树的中序遍历，转存到queue中。
921. 使括号有效的最少添加（TODO：理解一下第二种方法）
https://leetcode-cn.com/problems/minimum-add-to-make-parentheses-valid/
题目要求：
使括号序列有效，最少需要添加的括号数目。
解题思路：
用栈存，括号成对的删去，不成对的就是最后的结果。
此外，还有一个方法，计算前缀子数组的平衡度，根据正负加上相应左右括号。
1381. 设计一个支持增量操作的栈
https://leetcode-cn.com/problems/design-a-stack-with-increment-operation/
题目要求：
设计固定长度的栈，可以支持一定限度的push，以及对栈底k个元素值的增加。
解题思路：
直接用vector来模拟。简单题。
比较骚气的一个方法是，可以把要增加的先存起来，在出栈的时候计算，这样整个的时间复杂度就变成O(1)了。
