Cracking the coding interview--Q3.3

December 20, 2012
作者:Hawstein
出处:http://hawstein.com/posts/3.3.html
声明:本文采用以下协议进行授权: 自由转载-非商用-非衍生-保持署名|Creative Commons BY-NC-ND 3.0 ,转载请注明作者及出处。



题目

原文:

Imagine a (literal) stack of plates. If the stack gets too high, it might topple. Therefore, in real life, we would likely start a new stack when the previous stack exceeds some threshold. Implement a data structure SetOfStacks that mimics this. SetOfStacks should be composed of several stacks, and should create a new stack once the previous one exceeds capacity. SetOfStacks.push() and SetOfStacks.pop() should behave identically to a single stack (that is, pop() should return the same values as it would if there were just a single stack).

FOLLOW UP

Implement a function popAt(int index) which performs a pop operation on a specific sub-stack.

译文:

栈就像叠盘子,当盘子叠得太高时,就会倾斜倒下。因此,在真实的世界中,当一叠盘子 (栈)超过了一定的高度时,我们就会另起一堆,再从头叠起。实现数据结构SetOfStacks 来模拟这种情况。SetOfStacks由几个栈组成,当前一栈超出容量时,需要创建一个新的栈 来存放数据。SetOfStacks.push()和SetOfStacks.pop()的行为应当和只有一个栈时 表现的一样。

进一步地,

实现函数popAt(int index)在指定的子栈上进行pop操作。

解答

首先,我们如果不考虑popAt这个麻烦的函数,那么SetOfStacks的实现就简单很多。 SetOfStacks由栈的数组构成,我们需要一个指向当前栈的变量cur, 每当执行push操作时,我们需要检查一下当前栈是否已经达到其容量了, 如果是的话,就要将cur加1,指向下一个栈。而执行pop操作时, 需要先检查当前栈是否为空,如果是,则cur减1,移向上一个栈。top操作同理。 这时候,SetOfStacks可以想象成把一个本来可以叠得很高的栈,分成了好几个子栈。 push和pop操作其实都只是在“最后”一个子栈上操作。

代码如下:

class SetOfStacks{//without popAt()
private:
	stack *st;
	int cur;
	int capacity;

public:
	SetOfStacks(int capa=STACK_NUM){
		st = new stack[capa];
		cur = 0;
		capacity = capa;
	}
	~SetOfStacks(){
		delete[] st;
	}
	void push(int val){
		if(st[cur].full()) ++cur;
		st[cur].push(val);
	}
	void pop(){
		if(st[cur].empty()) --cur;
		st[cur].pop();
	}
	int top(){
		if(st[cur].empty()) --cur;
		return st[cur].top();
	}
	bool empty(){
		if(cur==0) return st[0].empty();
		else return false;
	}
	bool full(){
		if(cur==capacity-1) return st[cur].full();
		else return false;
	}    
};

当加入popAt函数,情况就变得复杂了。因为这时候的数据分布可能出现中间的某些子栈使 用popAt把它们清空了,而后面的子栈却有数据。为了实现方便,我们不考虑因为popAt 带来的空间浪费。即如果我用popAt把中间某些子栈清空了,并不把后面子栈的数据往前移 动。这样一来,cur指向操作的“最后”一个栈,它后面的子栈一定都是空的, 而它本身及前面的子栈由于popAt函数的缘故都有可能是空的。如果没有popAt函数, cur前面的子栈一定都是满的(见上面的例子)。这样一来,push仍然只需要判断一次当前子 栈是否为满。但是,pop函数则要从cur向前一直寻找,直到找到一个非空的子栈, 才能进行pop操作。同理,popAt,top,empty也是一样的。

代码如下:

class SetOfStacks1{
private:
	stack *st;
	int cur;
	int capacity;

public:
	SetOfStacks1(int capa=STACK_NUM){
		st = new stack[capa];
		cur = 0;
		capacity = capa;
	}
	~SetOfStacks1(){
		delete[] st;
	}
	void push(int val){
		if(st[cur].full()) ++cur;
		st[cur].push(val);
	}
	void pop(){
		while(st[cur].empty()) --cur;
		st[cur].pop();
	}
	void popAt(int idx){
		while(st[idx].empty()) --idx;
		st[idx].pop();
	}
	int top(){
		while(st[cur].empty()) --cur;
		return st[cur].top();
	}
	bool empty(){
		while(cur!=-1 && st[cur].empty()) --cur;
		if(cur==-1) return true;
		else return false;
	}
	bool full(){
		if(cur==capacity-1) return st[cur].full();
		else return false;        
	}
};

完整代码如下:

#include <iostream>
using namespace std;

const int STACK_SIZE = 100;
const int STACK_NUM = 10;
class stack{
private:
	int *buf;
	int cur;
	int capacity;

public:
	stack(int capa = STACK_SIZE){
		buf = new int[capa];
		cur = -1;
		capacity = capa;
	}
	~stack(){
		delete[] buf;
	}
	void push(int val){
		buf[++cur] = val;
	}
	void pop(){
		--cur;
	}
	int top(){
		return buf[cur];
	}
	bool empty(){
		return cur==-1;
	}
	bool full(){
		return cur==capacity-1;
	}
};

class SetOfStacks{//without popAt()
private:
	stack *st;
	int cur;
	int capacity;

public:
	SetOfStacks(int capa=STACK_NUM){
		st = new stack[capa];
		cur = 0;
		capacity = capa;
	}
	~SetOfStacks(){
		delete[] st;
	}
	void push(int val){
		if(st[cur].full()) ++cur;
		st[cur].push(val);
	}
	void pop(){
		if(st[cur].empty()) --cur;
		st[cur].pop();
	}
	int top(){
		if(st[cur].empty()) --cur;
		return st[cur].top();
	}
	bool empty(){
		if(cur==0) return st[0].empty();
		else return false;
	}
	bool full(){
		if(cur==capacity-1) return st[cur].full();
		else return false;
	}    
};
class SetOfStacks1{
private:
	stack *st;
	int cur;
	int capacity;

public:
	SetOfStacks1(int capa=STACK_NUM){
		st = new stack[capa];
		cur = 0;
		capacity = capa;
	}
	~SetOfStacks1(){
		delete[] st;
	}
	void push(int val){
		if(st[cur].full()) ++cur;
		st[cur].push(val);
	}
	void pop(){
		while(st[cur].empty()) --cur;
		st[cur].pop();
	}
	void popAt(int idx){
		while(st[idx].empty()) --idx;
		st[idx].pop();
	}
	int top(){
		while(st[cur].empty()) --cur;
		return st[cur].top();
	}
	bool empty(){
		while(cur!=-1 && st[cur].empty()) --cur;
		if(cur==-1) return true;
		else return false;
	}
	bool full(){
		if(cur==capacity-1) return st[cur].full();
		else return false;        
	}
};
int main(){
	// SetOfStacks ss;
	// for(int i=0; i<STACK_SIZE+1; ++i){
	//     ss.push(i);
	// }
	// while(!ss.empty()){
	//     cout<<ss.top()<<endl;
	//     ss.pop();
	// }
	SetOfStacks1 ss1;
	for(int i=0; i<3*STACK_SIZE+1; ++i){
		ss1.push(i);
	}
	for(int i=0; i<STACK_SIZE; ++i){
		ss1.popAt(0);
		//ss1.popAt(1);
		ss1.popAt(2);
	}
	ss1.popAt(3);
	while(!ss1.empty()){
		cout<<ss1.top()<<endl;
		ss1.pop();
	}

	return 0;
}

全书题解目录:

Cracking the coding interview–问题与解答

全书的C++代码托管在Github上:

https://github.com/Hawstein/cracking-the-coding-interview