五、栈与队列篇
1.栈
1.1.「栈是以底层容器完成其所有的工作,对外提供统一的接口,底层容器是可插拔的(也就是说我们可以控制使用哪种容器来实现栈的功能)。」
所以STL中栈往往不被归类为容器,而被归类为container adapter(容器适配器)。
1.2 栈的内部结构,栈的底层实现可以是vector,deque,list 都是可以的, 主要就是数组和链表的底层实现。
1.3 「常用的SGI STL,如果没有指定底层实现的话,默认是以deque为缺省情况下栈的低层结构。」
deque是一个双向队列,只要封住一段,只开通另一端就可以实现栈的逻辑了。
1.4栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。
int a = 3;
int b = 3;
编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找有没有字面值为3的地址,没找到,就开辟一个存放3这个字面值的地址,然后将a指向3的地址。
接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,由于在栈中已经有3这个字面值,便将b直接指向3的地址。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。
特别注意的是,这种字面值的引用与类对象的引用不同。假定两个类对象的引用同时指向一个对象,如果一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,那么另一个对象引用变量也即刻反映出这个变化。
相反,通过字面值的引用来修改其值,不会导致另一个指向此字面值的引用的值也跟着改变的情况。
如定义完a与b的值后,再令a=4;那么,b不会等于4,还是等于3。在编译器内部,遇到a=4;时,它就会重新搜索栈中是否有4的字面值,如果没有,重新开辟地址存放4的值;
如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响到b的值。
1.5「递归的实现是栈:每一次递归调用都会把函数的局部变量、参数值和返回地址等压入调用栈中」,然后递归返回的时候,从栈顶弹出上一次递归的各项参数,所以这就是递归为什么可以返回上一层位置的原因。

1.6「括号匹配是使用栈解决的经典问题。」
2队列
2.1 滑动窗口解题
主要思想是「队列没有必要维护窗口里的所有元素,只需要维护有可能成为窗口里最大值的元素就可以了,同时保证队列里的元素数值是由大到小的。」
那么这个维护元素单调递减的队列就叫做「单调队列,即单调递减或单调递增的队列。C++中没有直接支持单调队列,需要我们自己来一个单调队列」
而且「不要以为实现的单调队列就是 对窗口里面的数进行排序,如果排序的话,那和优先级队列又有什么区别了呢。」
设计单调队列的时候,pop,和push操作要保持如下规则:
-
pop(value):如果窗口移除的元素value等于单调队列的出口元素,那么队列弹出元素,否则不用任何操作
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push(value):如果push的元素value大于入口元素的数值,那么就将队列出口的元素弹出,直到push元素的数值小于等于队列入口元素的数值为止
保持如上规则,每次窗口移动的时候,只要问que.front()就可以返回当前窗口的最大值。
2.2优先级队列(堆与堆排序)
通过求前 K 个高频元素,引出另一种队列就是「优先级队列」。
什么是优先级队列呢?
其实「就是一个披着队列外衣的堆」,因为优先级队列对外接口只是从队头取元素,从队尾添加元素,再无其他取元素的方式,看起来就是一个队列。
而且优先级队列内部元素是自动依照元素的权值排列。那么它是如何有序排列的呢?
缺省情况下priority_queue利用max-heap(大顶堆)完成对元素的排序,这个大顶堆是以vector为表现形式的complete binary tree(完全二叉树)。
什么是堆呢?
「堆是一颗完全二叉树,树中每个结点的值都不小于(或不大于)其左右孩子的值。」 如果父亲结点是大于等于左右孩子就是大顶堆,小于等于左右孩子就是小顶堆。
所以大家经常说的大顶堆(堆头是最大元素),小顶堆(堆头是最小元素),如果懒得自己实现的话,就直接用priority_queue(优先级队列)就可以了,底层实现都是一样的,从小到大排就是小顶堆,从大到小排就是大顶堆。
本题就要「使用优先级队列来对部分频率进行排序。」 注意这里是对部分数据进行排序而不需要对所有数据排序!