Stack and Queue

// C++
class MyQueue {
public:
    stack<int> stackIn;
    stack<int> stackOut;
    MyQueue() {
    }
    // Push element x to the back of queue
    void push(int x) {
        stackIn.push(x);
    }
    // Removes the element from in front of queue and returns that element
    int pop() {
        // 只有当stOut为空的时候, 再从stIn里导入数据(导入stIn全部数据)
        if (stackOut.empty()) {
            // 从stackIn导入数据直到stackIn为空
            while (!stackIn.empty()) {
                stackOut.push(stackIn.top());
                stackIn.pop();
            }
        }
        int result = stackOut.top();
        stackOut.pop();
        return result;
    }
    // Get the front element
    int peek() {
        int result = this->pop(); // 直接使用已有的pop函数
        stackOut.push(result); // 因为pop函数弹出了元素result，再添加回去
        return result;
    }
    // Returns whether the queue is empty
    bool empty() {
        return stackIn.empty() && stackOut.empty();
    }
};

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue* obj = new MyQueue();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->peek();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

// C++
class MyStack1 {
public:
    queue<int> queue1;
    queue<int> queue2; // 辅助队列, 用来备份
    MyStack() {
    }
    // Push element x onto stack
    void push(int x) {
        queue1.push(x);
    }
    // Removes the element on top of the stack and returns that element
    int pop() {
        int size = queue1.size();
        // 将queue1 导入queue2, 但留下最后一个元素
        size--;
        while (size--) {
            queue2.push(queue1.front());
            queue1.pop();
        }
        // 留下的最后一个元素就是要返回的值
        int result = queue1.front();
        queue1.pop();
        // 再将queue2赋值给queue1
        queue1 = queue2;
        // 清空que2            
        while (!queue2.empty()) { 
            queue2.pop();
        }
        return result;   
    }
    // Get the top element
    int top() {
        return queue1.back();
    }
    // Returns whether the stack is empty
    bool empty() {
        return queue1.empty();
    }
};

class MyStack2 {
public:
    queue<int> queue;
    MyStack() {
    }
    // Push element x onto stack
    void push(int x) {
        queue.push(x);
    }
    // Removes the element on top of the stack and returns that element
    int pop() {
        int size = queue.size();
        // 将队列头部的元素（除了最后一个元素外） 重新添加到队列尾部
        size--;
        while (size--) {
            queue.push(queue.front());
            queue.pop();
        }
        // 留下的最后一个元素就是要返回的值
        int result = queue.front();
        queue.pop();
        return result;   
    }
    // Get the top element
    int top() {
        return queue.back();
    }
    // Returns whether the stack is empty
    bool empty() {
        return queue.empty();
    }
};

// C++
class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
        if (s.size() % 2 != 0) {return false;}
        stack<char> st;
        for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
            if (s[i] == '(') {
                st.push(')');
            } else if (s[i] == '{') {
                st.push('}');
            } else if  (s[i] == '[') {
                st.push(']');
            } else if (st.empty() || st.top() != s[i]) {
                // 第二种情况: 遍历字符串匹配的过程中, 发现栈里没有我们要匹配的字符
                // 第三种情况: 遍历字符串匹配的过程中, 栈已经为空了, 说明右括号没有找到对应的左括号
                return false;
            } else {
                // st.top() 与 s[i]相等, 栈弹出元素
                st.pop();
            }
        }
        // 第一种情况: 此时我们已经遍历完了字符串, 但是栈不为空, 说明有相应的左括号没有右括号来匹配
        return st.empty();
    }     
};

// C++
class Solution1 {
public:
    string removeDuplicates(string s) {
        stack<char> st;
        for (char s_char : s)
        if (st.empty() || s_char != st.top()) {
            st.push(s_char);
        } else {
            // s_char 与 st.top()相等的情况
            st.pop();
        }
        string result = "";
        // 将栈中元素放到result字符串汇总
        while (!st.empty()) { 
            result += st.top();
            st.pop();
        }
        // 此时字符串需要反转一下
        reverse (result.begin(), result.end());
        return result; 
    }
};

class Solution2 {
public:
    string removeDuplicates(string s) {
        // s = "abbaca"
        string result;
        for(char s_char : s) {
            if(result.empty() || result.back() != s_char) {
                result.push_back(s_char);
            }
            else {
                result.pop_back();
            }
        }
        return result;
    }
};

// C++
class Solution {
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        stack<long long> st; 
        for (int i = 0; i < tokens.size(); i++) {
            if (tokens[i] == "+" || tokens[i] == "-" || tokens[i] == "*" || tokens[i] == "/") {
                long long num1 = st.top();
                st.pop();
                long long num2 = st.top();
                st.pop();
                if (tokens[i] == "+") {st.push(num2 + num1);}
                if (tokens[i] == "-") {st.push(num2 - num1);}
                if (tokens[i] == "*") {st.push((long)num2 * (long)num1);}
                if (tokens[i] == "/") {st.push(num2 / num1);}
            } else {
                // stoll: convert string to long long
                st.push(stoll(tokens[i]));
            }
        }
        int result = st.top();
        st.pop(); // 把栈里最后一个元素弹出
        return result;
    }
};

// C++
class Solution {
private:
    class MyQueue {
    public:
        // front: 出口, back: 入口
        // 使用deque来实现单调队列
        deque<int> que;
        // 每次弹出的时候, 比较当前要弹出的数值是否等于队列出口元素的数值
        // 如果相等则弹出, 同时pop之前判断队列当前是否为空
        void pop(int val) {
            if (!que.empty() && val == que.front()) {
                que.pop_front();
            }
        }
        // 如果push的数值大于入口元素的数值, 那么就将队列后端的数值弹出
        // 直到push的数值小于等于队列入口元素的数值为止
        // 保持队列里的数值是单调从大到小
        void push(int value) {
            while (!que.empty() && value > que.back()) {
                que.pop_back();
            }
            que.push_back(value);
        }
        // 查询当前队列里的最大值, 直接返回队列前端
        int front() {
            return que.front();
        }
    };
public:
    vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
        MyQueue que;
        vector<int> result;
        // 先将前k的元素放进队列
        for (int i = 0; i < k; i++) { 
            que.push(nums[i]);
        }
        result.push_back(que.front()); // result 记录前k的元素的最大值
        for (int i = k; i < nums.size(); i++) {
            que.pop(nums[i-k]); // 滑动窗口移除最前面元素
            que.push(nums[i]);  // 滑动窗口前加入最后面的元素
            result.push_back(que.front()); // 记录对应的最大值
        }
        return result;
    }
};

// C++
// Time complexity: O(nlogk)
// Space complexity: O(n)
class Solution {
public:
    // 小顶堆
    class myComparison {
    public:
        bool operator()(const pair<int, int>& lhs, const pair<int, int>& rhs) {
            return lhs.second > rhs.second;
        }
    };
    vector<int> topKFrequent(vector<int>& nums, int k) {
        // 要统计元素出现频率
        // key: nums[i]
        // value: numbers of nums[i]
        unordered_map<int, int> map;
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
            map[nums[i]]++;
        }
        // 对频率排序, 定义一个小顶堆，大小为k 
        priority_queue< pair<int, int>, vector<pair<int, int>>, myComparison > pri_que;
        // 用固定大小为k的小顶堆, 扫面所有频率的数值
        for (unordered_map<int, int>::iterator it = map.begin(); it != map.end(); it++) {
            pri_que.push(*it);
            // 如果堆的大小大于了k, 则队列弹出, 保证堆的大小一直为k
            if (pri_que.size() > k) { 
                // pop出小顶堆中最小的元素
                pri_que.pop();
            }
        }
        // 找出前k个高频元素, 因为小顶堆先弹出的是最小的, 所以倒序来输出到数组
        vector<int> result(k);
        for (int i = k - 1; i >= 0; i--) {
            // first means key
            // second means value
            result[i] = pri_que.top().first;
            pri_que.pop();
        }
        return result;
    }
};