การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้
สร้างสแตกด้วย push/pop/peek แล้วแก้โจทย์วงเล็บที่ถูกต้อง สแตกค่าต่ำสุด และการประเมินสัญกรณ์โปแลนด์ย้อนกลับ
การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้ เป็นบทเรียน DSA Interview Prep ฟรีบน CoddyKit นี่คือบทเรียนที่ 1 จากทั้งหมด 4 บทเรียน คุณสามารถอ่านบทเรียนทั้งหมดด้านล่างฟรี — จากนั้นลองปฏิบัติด้วยตัวคุณเองในเบราว์เซอร์พร้อมตัวแก้ไขโค้ดในตัวและติวเตอร์ AI ตลอด 24/7 บทเรียนนี้เป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการเรียน DSA Interview Prep และความก้าวหน้าของคุณจะซิงค์ข้ามเว็บและแอป CoddyKit คอร์ส DSA 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)) # 2วงเล็บที่ถูกต้อง (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(']')) # Falseสแตกค่าต่ำสุด (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()) # -2การประเมินสัญกรณ์โปแลนด์แบบย้อนกลับ
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','+'])) # 22การถอดรหัสสตริง (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}') # <= 2000สี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ใหญ่ที่สุดในฮิสโตแกรม (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])) # 4กลยุทธ์การสัมภาษณ์สำหรับโจทย์สแตก
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 DSA Interview Prep ให้อัปเกรดเป็น CoddyKit PRO คอร์ส DSA Interview Prep มีบทเรียนทั้งหมด 4 บทเรียน
คุณจะเรียนรู้อะไรในบทเรียน “การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้”
สร้างสแตกด้วย push/pop/peek แล้วแก้โจทย์วงเล็บที่ถูกต้อง สแตกค่าต่ำสุด และการประเมินสัญกรณ์โปแลนด์ย้อนกลับ คุณปฏิบัติ DSA Interview Prep ด้วยโค้ดที่ใช้งานได้จริงที่คุณเรียกใช้โดยตรงในเบราว์เซอร์ และติวเตอร์ AI ตลอด 24/7 ตอบคำถามของคุณขณะที่คุณไปผ่านบทเรียน
คุณต้องมีประสบการณ์ก่อนที่จะเริ่มเรียน DSA Interview Prep หรือไม่
ไม่จำเป็นต้องมีประสบการณ์มาก่อน DSA Interview Prep บน CoddyKit ออกแบบมาสำหรับผู้เริ่มต้นไปจนถึงผู้เรียนขั้นสูง คุณสามารถเริ่มต้นที่นี่หรือเริ่มจากตัวแรกและเรียนด้วยความเร็วของคุณเอง นี่คือบทเรียนที่ 1 จากทั้งหมด 4 บทเรียน
บทเรียน “การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้” ใช้เวลานานแค่ไหน
บทเรียน CoddyKit ส่วนใหญ่ใช้เวลาประมาณ 5–10 นาที แต่ละบทเรียนจึงสั้นและเป็นแบบโต้ตอบ คุณสามารถก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องและกลับมาเรียนต่อจากตรงที่เพิ่งหยุดบนเว็บและแอปได้เลย
ฉันเขียนและรันโค้ดในบทเรียน DSA Interview Prep นี้ได้ไหม
ได้ บทเรียน DSA Interview Prep ทุกบทมีตัวแก้ไขโค้ดในตัว คุณจึงเขียนและรันโค้ดจริงได้เลยในเบราว์เซอร์ และได้รับข้อเสนอแนะจาก AI ในทันที — ไม่ต้องติดตั้งในเครื่องของคุณ
บทเรียนทั้งหมดในหลักสูตรนี้
- การสร้างสแตกและการประยุกต์ใช้
- การสร้างคิวและดีคิว
- รูปแบบสแตกโมโนโทน
- การจำลองคิวและสแตกซึ่งกันและกัน