題目:用遞歸顛倒一個棧。例如輸入棧{1, 2, 3, 4, 5},1在棧頂。顛倒之後的棧爲{5, 4, 3, 2, 1},5處在棧頂。
分析:乍一看到這道題目,第一反應是把棧裏的所有元素逐一pop出來,放到一個數組裏,然後在數組裏顛倒所有元素,最後把數組中的所有元素逐一push進入棧。這時棧也就顛倒過來了。顛倒一個數組是一件很容易的事情。不過這種思路需要顯示分配一個長度爲O(n)的數組,而且也沒有充分利用遞歸的特性。
我們再來考慮怎麼遞歸。我們把棧{1, 2, 3, 4, 5}看成由兩部分組成:棧頂元素1和剩下的部分{2, 3, 4, 5}。如果我們能把{2, 3, 4, 5}顛倒過來,變成{5, 4, 3, 2},然後在把原來的棧頂元素1放到底部,那麼就整個棧就顛倒過來了,變成{5, 4, 3, 2, 1}。
接下來我們需要考慮兩件事情:一是如何把{2, 3, 4, 5}顛倒過來變成{5, 4, 3, 2}。我們只要把{2, 3, 4, 5}看成由兩部分組成:棧頂元素2和剩下的部分{3, 4, 5}。我們只要把{3, 4, 5}先顛倒過來變成{5, 4, 3},然後再把之前的棧頂元素2放到最底部,也就變成了{5, 4, 3, 2}。
至於怎麼把{3, 4, 5}顛倒過來……很多讀者可能都想到這就是遞歸。也就是每一次試圖顛倒一個棧的時候,現在棧頂元素pop出來,再顛倒剩下的元素組成的棧,最後把之前的棧頂元素放到剩下元素組成的棧的底部。遞歸結束的條件是剩下的棧已經空了。這種思路的代碼如下:
// Reverse a stack recursively in three steps:
// 1. Pop the top element
// 2. Reverse the remaining stack
// 3. Add the top element to the bottom of the remaining stack
template<typename T> void ReverseStack(std::stack<T>& stack)
{
if(!stack.empty())
{
T top = stack.top();
stack.pop();
ReverseStack(stack);
AddToStackBottom(stack, top);
}
}
我們需要考慮的另外一件事情是如何把一個元素e放到一個棧的底部,也就是如何實現AddToStackBottom。這件事情不難,只需要把棧裏原有的元素逐一pop出來。當棧爲空的時候,push元素e進棧,此時它就位於棧的底部了。然後再把棧裏原有的元素按照pop相反的順序逐一push進棧。
注意到我們在push元素e之前,我們已經把棧裏原有的所有元素都pop出來了,我們需要把它們保存起來,以便之後能把他們再push回去。我們當然可以開闢一個數組來做,但這沒有必要。由於我們可以用遞歸來做這件事情,而遞歸本身就是一個棧結構。我們可以用遞歸的棧來保存這些元素。
基於如上分析,我們可以寫出AddToStackBottom的代碼:
// Add an element to the bottom of a stack:
template<typename T> void AddToStackBottom(std::stack<T>& stack, T t)
{
if(stack.empty())
{
stack.push(t);
}
else
{
T top = stack.top();
stack.pop();
AddToStackBottom(stack, t);
stack.push(top);
}
}
先彈出,處理,再恢復,化作子問題的一個重要方式