0Pricing
Coding Interview Prep · บทเรียน

การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้

สร้างสแตกด้วย push/pop/peek แล้วแก้โจทย์วงเล็บที่ถูกต้อง สแตกค่าต่ำสุด และการประเมินสัญกรณ์โปแลนด์ย้อนกลับ

การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้ เป็นบทเรียน Coding Interview Prep ฟรีบน CoddyKit นี่คือบทเรียนที่ 1 จากทั้งหมด 4 บทเรียน คุณสามารถอ่านบทเรียนทั้งหมดด้านล่างฟรี — จากนั้นลองปฏิบัติด้วยตัวคุณเองในเบราว์เซอร์พร้อมตัวแก้ไขโค้ดในตัวและติวเตอร์ AI ตลอด 24/7 บทเรียนนี้เป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการเรียน Coding Interview Prep และความก้าวหน้าของคุณจะซิงค์ข้ามเว็บและแอป CoddyKit คอร์ส Coding Interview Prep มีบทเรียนทั้งหมด 4 บทเรียน

โครงสร้างข้อมูลสแตก

สแตก เป็นโครงสร้างข้อมูลแบบเข้าทีหลังออกก่อน (LIFO) โดยสมาชิกตัวสุดท้ายที่ใช้ push จะเป็นสมาชิกแรกที่ใช้ pop ลองนึกถึงกองจาน ซึ่งคุณสามารถเพิ่มหรือนำจานออกได้จากด้านบนเท่านั้น การดำเนินการหลักคือ push (เพิ่มที่ด้านบน), pop (นำออกจากด้านบน) และ peek (อ่านค่าด้านบนโดยไม่นำออก) การดำเนินการทั้งสามใช้เวลา O(1) ในสแตกที่สร้างอย่างเหมาะสม

ในไพทอน ลิสต์ทำหน้าที่เป็นสแตกได้อย่างสมบูรณ์แบบ: append คือการทำ push, pop() คือการทำ pop และ [-1] คือการทำ peek

stack = []

# Push
stack.append(10)
stack.append(20)
stack.append(30)
print('After pushes:', stack)  # [10, 20, 30]

# Peek
print('Top:', stack[-1])       # 30

# Pop
print('Popped:', stack.pop())  # 30
print('After pop:', stack)     # [10, 20]

คลาสสแตกที่มีการดำเนินการ push, pop, peek และ isEmpty

การห่อลิสต์ไว้ในคลาสจะให้อินเทอร์เฟซที่สะอาดกว่า และป้องกันการใช้การดำเนินการที่ไม่ใช่ของสแตกโดยไม่ได้ตั้งใจ เช่น insert หรือการเข้าถึงดัชนีในตำแหน่งอื่นที่ไม่ใช่ด้านบน นี่คือการนำไปใช้ที่ผู้สัมภาษณ์คาดหวังเมื่อขอให้ 'สร้างสแตกตั้งแต่ต้น'

class Stack:
    def __init__(self):
        self._data = []

    def push(self, val):
        self._data.append(val)

    def pop(self):
        if self.is_empty():
            raise IndexError('pop from empty stack')
        return self._data.pop()

    def peek(self):
        if self.is_empty():
            raise IndexError('peek at empty stack')
        return self._data[-1]

    def is_empty(self):
        return len(self._data) == 0

    def __len__(self):
        return len(self._data)

s = Stack()
s.push(1); s.push(2); s.push(3)
print(s.peek())  # 3
print(s.pop())   # 3
print(len(s))    # 2

วงเล็บที่ถูกต้อง (LeetCode 20)

LeetCode 20 'วงเล็บที่ถูกต้อง': ตรวจสอบว่าสตริงวงเล็บมีความสมดุลหรือไม่ สำหรับวงเล็บเปิดทุกตัว ให้ใช้ push สำหรับวงเล็บปิดทุกตัว ให้ตรวจสอบว่าตัวบนสุดของสแตกเป็นวงเล็บเปิดที่คู่กันหรือไม่ หากไม่ใช่ หรือหากสแตกว่าง ให้คืนค่าเท็จ หากสแตกว่างเมื่อสิ้นสุดการตรวจสอบ แสดงว่าสตริงนั้นถูกต้อง นี่คือการประยุกต์ใช้สแตกแบบพื้นฐานที่สุดในการสัมภาษณ์การเขียนโปรแกรม

def isValid(s):
    stack = []
    matching = {')': '(', '}': '{', ']': '['}
    for ch in s:
        if ch in '([{':
            stack.append(ch)
        else:
            if not stack or stack[-1] != matching[ch]:
                return False
            stack.pop()
    return len(stack) == 0

print(isValid('()[]{}'))    # True
print(isValid('([)]'))      # False
print(isValid('{[]}'))      # True
print(isValid(']'))         # False

สแตกค่าต่ำสุด (LeetCode 155)

LeetCode 155 'สแตกค่าต่ำสุด': ออกแบบสแตกที่รองรับ push, pop, peek และ getMin ทั้งหมดในเวลา O(1) เคล็ดลับคือรักษาสแตกที่สองเพื่อเก็บค่าต่ำสุดในทุกจุด เมื่อเพิ่มค่า ให้เพิ่มลงในสแตกค่าต่ำสุดด้วย หากค่าใหม่มีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับค่าต่ำสุดปัจจุบัน (<=) หรือหากสแตกค่าต่ำสุดยังว่างอยู่ เมื่อดึงค่าออก ให้ดึงค่าจากสแตกค่าต่ำสุดออกด้วย หากค่าที่ดึงออกเท่ากับค่าต่ำสุดปัจจุบัน

class MinStack:
    def __init__(self):
        self.stack = []
        self.min_stack = []

    def push(self, val):
        self.stack.append(val)
        if not self.min_stack or val <= self.min_stack[-1]:
            self.min_stack.append(val)

    def pop(self):
        val = self.stack.pop()
        if val == self.min_stack[-1]:
            self.min_stack.pop()
        return val

    def top(self):
        return self.stack[-1]

    def getMin(self):
        return self.min_stack[-1]

ms = MinStack()
ms.push(-2); ms.push(0); ms.push(-3)
print(ms.getMin())  # -3
ms.pop()
print(ms.top())     # 0
print(ms.getMin())  # -2

การประเมินสัญกรณ์โปแลนด์แบบย้อนกลับ

LeetCode 150 'การประเมินสัญกรณ์โปแลนด์แบบย้อนกลับ' (รูปแบบหลังตัวดำเนินการ): ให้ใช้ push กับตัวถูกดำเนินการ เมื่อพบตัวดำเนินการ ให้ใช้ pop นำตัวถูกดำเนินการสองตัวออก ใช้ตัวดำเนินการกับตัวถูกดำเนินการเหล่านั้น แล้วใช้ push ผลลัพธ์กลับเข้าไป ลำดับมีความสำคัญสำหรับการลบและการหาร โดยตัวที่นำออกเป็นตัวแรกคือตัวถูกดำเนินการด้านขวา ส่วนตัวที่นำออกเป็นตัวที่สองคือตัวถูกดำเนินการด้านซ้าย

def evalRPN(tokens):
    stack = []
    ops = set(['+', '-', '*', '/'])
    for tok in tokens:
        if tok not in ops:
            stack.append(int(tok))
        else:
            b = stack.pop()  # right operand
            a = stack.pop()  # left operand
            if tok == '+':
                stack.append(a + b)
            elif tok == '-':
                stack.append(a - b)
            elif tok == '*':
                stack.append(a * b)
            else:             # division truncated toward zero
                stack.append(int(a / b))
    return stack[0]

print(evalRPN(['2','1','+','3','*']))     # 9
print(evalRPN(['4','13','5','/','+']))    # 6
print(evalRPN(['10','6','9','3','+','-11','*','/','*','17','+','5','+']))  # 22

การถอดรหัสสตริง (LeetCode 394)

LeetCode 394 'การถอดรหัสสตริง': เมื่อกำหนดสตริงที่เข้ารหัส เช่น 3[a2[c]] ให้ขยายเป็น accaccacc ใช้สแตกสองตัว โดยตัวหนึ่งเก็บจำนวนครั้งที่ต้องทำซ้ำ และอีกตัวเก็บสตริงที่สะสมไว้ เมื่อพบตัวเลข ให้สร้างตัวเลขเต็มจำนวน เมื่อพบ [ ให้ใช้ push สตริงและจำนวนปัจจุบัน เมื่อพบ ] ให้ใช้ pop นำค่าออก แล้วทำส่วนปัจจุบันซ้ำตามจำนวน เมื่อพบตัวอักษร ให้ใช้ append ต่อท้ายสตริงปัจจุบัน

def decodeString(s):
    count_stack = []
    str_stack   = []
    current_str = ''
    current_num = 0
    for ch in s:
        if ch.isdigit():
            current_num = current_num * 10 + int(ch)
        elif ch == '[':
            count_stack.append(current_num)
            str_stack.append(current_str)
            current_str = ''
            current_num = 0
        elif ch == ']':
            repeats = count_stack.pop()
            current_str = str_stack.pop() + current_str * repeats
        else:
            current_str += ch
    return current_str

print(decodeString('3[a]2[bc]'))    # 'aaabcbc'
print(decodeString('3[a2[c]]'))     # 'accaccacc'
print(decodeString('2[abc]3[cd]ef')) # 'abcabccdcdcdef'

อุณหภูมิรายวัน (เกริ่นนำสแตกแบบโมโนโทนิก)

LeetCode 739 'อุณหภูมิรายวัน': สำหรับแต่ละวัน ให้ค้นหาว่าต้องรอกี่วันจึงจะพบอุณหภูมิที่สูงกว่า วิธีตรวจสอบทุกคู่ใช้เวลา O(n²) ส่วนวิธีใช้สแตกคือเดินผ่านอุณหภูมิทีละรายการ สำหรับแต่ละวัน ให้ใช้ pop นำรายการทั้งหมดในสแตก (ดัชนีของวัน) ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าวันนี้ออก คำตอบของวันที่นำออกเหล่านั้นคือ (วันนี้ - วันที่นำออก) จากนั้นใช้ push วันปัจจุบันเข้าไป รายการที่เหลืออยู่ในสแตกจะไม่พบวันที่มีอุณหภูมิสูงกว่า คำตอบของรายการเหล่านั้นจึงเป็น 0

def dailyTemperatures(temps):
    result = [0] * len(temps)
    stack  = []  # stores indices
    for i, t in enumerate(temps):
        while stack and temps[stack[-1]] < t:
            j = stack.pop()
            result[j] = i - j
        stack.append(i)
    return result

print(dailyTemperatures([73,74,75,71,69,72,76,73]))
# [1, 1, 4, 2, 1, 1, 0, 0]

การใช้สแตกสำหรับการท่องไปใน DFS

สแตกการเรียกที่ใช้ใน DFS แบบเรียกซ้ำสามารถแทนที่ด้วยสแตกที่จัดการเองได้ ทำให้อัลกอริทึมทำงานแบบวนซ้ำ ให้ใช้ push กับโหนดราก จากนั้นตราบใดที่สแตกไม่ว่าง ให้ใช้ pop นำโหนดออก ประมวลผลโหนดนั้น แล้วใช้ push ลูกของโหนดเข้าไป (ลูกขวาก่อนลูกซ้ายเพื่อประมวลผลจากซ้ายไปขวา) DFS แบบวนซ้ำนี้มีพฤติกรรมเหมือนกับ DFS แบบเรียกซ้ำทุกประการ แต่หลีกเลี่ยงขีดจำกัดการเรียกซ้ำของไพทอนสำหรับต้นไม้ที่มีความลึกมาก

class TreeNode:
    def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
        self.val   = val
        self.left  = left
        self.right = right

def preorder_iterative(root):
    if not root:
        return []
    result, stack = [], [root]
    while stack:
        node = stack.pop()
        result.append(node.val)
        if node.right:
            stack.append(node.right)  # push right first
        if node.left:
            stack.append(node.left)   # so left is processed first
    return result

root = TreeNode(1, TreeNode(2, TreeNode(4), TreeNode(5)), TreeNode(3))
print(preorder_iterative(root))  # [1, 2, 4, 5, 3]

ความซับซ้อนด้านเวลาและหน่วยความจำ

การดำเนินการทั้งหมดของสแตก (push, pop, peek, isEmpty) ใช้เวลา O(1) โดยเฉลี่ย การสร้างสแตกที่มีสมาชิก n ตัวใช้เวลา O(n) ในกรณีแย่ที่สุด หน่วยความจำจะเป็น O(n) เมื่อเก็บสมาชิกทั้งหมด สำหรับโจทย์ที่ใช้สแตกแบบโมโนโทนิก สมาชิกแต่ละตัวจะถูกใช้ push และ pop อย่างมากครั้งเดียว จึงใช้เวลาโดยรวม O(n) ตลอดการวนซ้ำทั้งหมด ไม่ใช่ O(n²) อย่างที่การอ่านลูปภายนอกแบบผิวเผินอาจทำให้เข้าใจ

# Demonstrate O(n) total for monotonic stack
# Each element pushed once, popped at most once => 2n operations total

def count_ops(n):
    pushes = pops = 0
    stack = []
    for i in range(n):
        while stack and stack[-1] < i:  # simulated decreasing condition
            stack.pop()
            pops += 1
        stack.append(i)
        pushes += 1
    return pushes, pops

p, pp = count_ops(1000)
print(f'Pushes: {p}, Pops: {pp}, Total ops: {p+pp}')  # <= 2000

สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ใหญ่ที่สุดในฮิสโตแกรม (เกริ่นนำ)

LeetCode 84 'สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ใหญ่ที่สุดในฮิสโตแกรม' เป็นโจทย์สแตกคลาสสิกที่ยากที่สุด สำหรับแท่งแต่ละแท่ง สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่แท่งนั้นเป็นจุดยึดจะขยายไปทางซ้ายจนกว่าจะพบแท่งที่สั้นกว่า และขยายไปทางขวาจนกว่าจะพบแท่งที่สั้นกว่า สแตกแบบโมโนโทนิกจะติดตามดัชนีของแท่งต่าง ๆ ตามลำดับความสูงจากน้อยไปมาก เมื่อพบแท่งที่สั้นกว่า ให้ใช้ pop นำแท่งออก แล้วคำนวณสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีความสูงเท่ากับแท่งที่นำออก สแตกช่วยให้หาขอบเขตด้านซ้ายและขวาได้ในเวลา O(1) ต่อการนำออกหนึ่งครั้ง

def largestRectangleArea(heights):
    stack  = []  # indices, increasing heights
    result = 0
    heights = heights + [0]  # sentinel forces all pops
    for i, h in enumerate(heights):
        while stack and heights[stack[-1]] > h:
            height = heights[stack.pop()]
            width  = i if not stack else i - stack[-1] - 1
            result = max(result, height * width)
        stack.append(i)
    return result

print(largestRectangleArea([2,1,5,6,2,3]))  # 10
print(largestRectangleArea([2,4]))           # 4

กลยุทธ์การสัมภาษณ์สำหรับโจทย์สแตก

โจทย์สแตกมักแฝงตัวอยู่ในรูปแบบ 'ประมวลผลจากด้านในออกด้านนอก' หรือ 'ค้นหาองค์ประกอบถัดไปที่มากกว่าหรือน้อยกว่า' สัญญาณที่บอกว่าสแตกอาจช่วยได้ ได้แก่ คุณต้องการองค์ประกอบที่พบล่าสุด คุณกำลังจับคู่สิ่งต่าง ๆ (วงเล็บ แท็ก) หรือคุณต้องการเวลา O(n) ในโจทย์ที่วิธีตรงไปตรงมาต้องใช้ลูปซ้อนซึ่งใช้เวลา O(n²) โดยเฉพาะสแตกแบบโมโนโทนิกจะเปลี่ยนโจทย์ 'สำหรับทุกองค์ประกอบ ให้ค้นหาองค์ประกอบที่มากกว่าหรือน้อยกว่าที่อยู่ใกล้ที่สุด' จาก O(n²) เป็น O(n)

ในการสัมภาษณ์ ควรบอกเงื่อนไขคงที่ของสแตกให้ชัดเจนว่า 'ฉันจะรักษาสแตกของดัชนีตามลำดับความสูงจากมากไปน้อย'

ตรวจสอบความเข้าใจอย่างรวดเร็ว

ทดสอบความเข้าใจแนวคิดโครงสร้างข้อมูลและอัลกอริทึม — การเตรียมตัวสัมภาษณ์การเขียนโปรแกรมจากบทเรียนนี้

ทบทวนบทเรียน

ในบทเรียนนี้ คุณได้เรียนรู้ว่า ลิสต์ของไพทอนรองรับการทำ push, pop และ peek ในเวลา O(1) จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นสแตก วงเล็บที่ถูกต้องและสแตกค่าต่ำสุดเป็นโจทย์สแตกคลาสสิกสองข้อในการสัมภาษณ์ และ สแตกแบบโมโนโทนิกแก้โจทย์องค์ประกอบถัดไปที่มากกว่าได้ในเวลา O(n) โดยใช้ push และ pop กับสมาชิกแต่ละตัวอย่างมากครั้งเดียว ถัดไปเราจะสร้างคิวด้วย deque ของไพทอน และแก้โจทย์ค่าสูงสุดในหน้าต่างเลื่อน

คำถามที่พบบ่อย

บทเรียน “การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้” ฟรีหรือไม่

ใช่ — ข้อความเต็มของ “การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้” ฟรีให้อ่านที่นี่บนเว็บ เพื่อปฏิบัติแบบโต้ตอบ (ตัวแก้ไขโค้ดในตัวและติวเตอร์ AI ตลอด 24/7) และปลดล็อคส่วนที่เหลือของคอร์ส Coding Interview Prep ให้อัปเกรดเป็น CoddyKit PRO คอร์ส Coding Interview Prep มีบทเรียนทั้งหมด 4 บทเรียน

คุณจะเรียนรู้อะไรในบทเรียน “การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้”

สร้างสแตกด้วย push/pop/peek แล้วแก้โจทย์วงเล็บที่ถูกต้อง สแตกค่าต่ำสุด และการประเมินสัญกรณ์โปแลนด์ย้อนกลับ คุณปฏิบัติ Coding Interview Prep ด้วยโค้ดที่ใช้งานได้จริงที่คุณเรียกใช้โดยตรงในเบราว์เซอร์ และติวเตอร์ AI ตลอด 24/7 ตอบคำถามของคุณขณะที่คุณไปผ่านบทเรียน

คุณต้องมีประสบการณ์ก่อนที่จะเริ่มเรียน Coding Interview Prep หรือไม่

ไม่จำเป็นต้องมีประสบการณ์มาก่อน Coding Interview Prep บน CoddyKit ออกแบบมาสำหรับผู้เริ่มต้นไปจนถึงผู้เรียนขั้นสูง คุณสามารถเริ่มต้นที่นี่หรือเริ่มจากตัวแรกและเรียนด้วยความเร็วของคุณเอง นี่คือบทเรียนที่ 1 จากทั้งหมด 4 บทเรียน

บทเรียน “การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้” ใช้เวลานานแค่ไหน

บทเรียน CoddyKit ส่วนใหญ่ใช้เวลาประมาณ 5–10 นาที แต่ละบทเรียนจึงสั้นและเป็นแบบโต้ตอบ คุณสามารถก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องและกลับมาเรียนต่อจากตรงที่เพิ่งหยุดบนเว็บและแอปได้เลย

ฉันเขียนและรันโค้ดในบทเรียน Coding Interview Prep นี้ได้ไหม

ได้ บทเรียน Coding Interview Prep ทุกบทมีตัวแก้ไขโค้ดในตัว คุณจึงเขียนและรันโค้ดจริงได้เลยในเบราว์เซอร์ และได้รับข้อเสนอแนะจาก AI ในทันที — ไม่ต้องติดตั้งในเครื่องของคุณ

บทเรียนทั้งหมดในหลักสูตรนี้

  1. การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้
  2. การสร้างคิวและดีคิว
  3. รูปแบบสแตกโมโนโทน
  4. การจำลองคิวและสแตกซึ่งกันและกัน
← กลับไปที่ Coding Interview Prep