PTA（栈和队列）2-2 列车厢调度

2-2 列车厢调度

分数 5

作者 周强

单位 青岛大学

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       1  ======   <--移动方向
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3 =====  
        \
       2  ======   -->移动方向

大家或许在某些数据结构教材上见到过“列车厢调度问题”（当然没见过也不要紧）。今天，我们就来实际操作一下列车厢的调度。对照上方的ASCII字符图，问题描述如下：

有三条平行的列车轨道（1、2、3）以及1-3和2-3两段连接轨道。现有一列车厢停在1号轨道上，请利用两条连接轨道以及3号轨道，将车厢按照要求的顺序转移到2号轨道。规则是：

  • 每次转移1节车厢；
  • 处在1号轨道的车厢要么经过1-3连接道进入3号轨道（该操作记为”1->3”），要么经过两条连接轨道直接进入2号轨道（该操作记为”1->2”）；
  • 一旦车厢进入2号轨道，就不可以再移出该轨道；
  • 处在3号轨道的车厢，只能经过2-3连接道进入2号轨道（该操作记为”3->2”）；
  • 显然，任何车厢不能穿过、跨越或绕过其它车厢进行移动。

对于给定的1号停车顺序，如果经过调度能够实现2号轨道要求的顺序，则给出操作序列；如果不能，就反问用户 Are(你) you(是) kidding(凯丁) me(么)?

输入格式:

两行由大写字母组成的非空字符串，第一行表示停在1号轨道上的车厢从左到右的顺序，第二行表示要求车厢停到2号轨道的进道顺序（输入样例1中第二行CBA表示车厢在2号轨道的停放从左到右是ABC，因为C最先进入，所以在最右边）。两行字符串长度相同且不超过26（因为只有26个大写字母），每个字母表示一节车厢。题目保证同一行内的字母不重复且两行的字母集相同。

输出格式:

如果能够成功调度，给出最短的操作序列，每个操作占一行。所谓“最短”，即如果1->2可以完成的调度，就不要通过1->3和3->2来实现。如果不能调度，输出 “Are you kidding me?”

输入样例1:

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ABC
CBA

输出样例1:

1
2
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1->3
1->3
1->2
3->2
3->2

输入样例2:

1
2
ABC
CAB

输出样例2:

1
Are you kidding me?

我的思路：

  • 相当于1中的字符是即将入栈（2）的，可以暂存到3这个栈中，也可以直接出栈到（结果）2中

  • 相当于让你写进出栈顺序的，让你写成最佳的

    • 即如果1->2可以完成的调度，就不要通过1->3和3->2来实现
    • 最后一个进去的如果没进去，就不进去了，直接就出栈了（1->2）

  • 先检查当前放入的是不是结果中匹配的，

    • 如果不是，往栈中放1->3，每次getTop一次，检查是否跟结果数组中的一样，不一样就重复第一步
    • 如果是直接1->2，不入栈
      • 然后当前栈非空就getTop，检查栈顶是否是匹配的，匹配就3->2
      • 不匹配或栈空就重复第一步，没有元素了就失败了

  • 我的问题：万一前面的能匹配，最后匹配不了了，我都已经输出了一半了，咋还只输出Are you kidding me?

  • 我想到了解决办法，可以先存起来存队列里面，然后不符合的话前面的就不输出，哦不对，要输出的是从哪到哪

我的乱思路代码

代码思路方向是对的（用栈模拟 3 号轨道）

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#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>

using namespace std;

void solution(string str1, string str2) {
    stack<char> Stack3; // 定义一个栈，模拟3号轨道
    int current = 0; // 指向str2某个字符，用于检查是否匹配
    for (int i = 0; i < str1.length(); i++) {
        char c = str1[i];
        if (current < str2.length() && c == str2[current]) { // 当前字符就是匹配的
            cout << "1->2" << endl;
            current++;
            while (!Stack3.empty()) { // 如果当前栈非空
                // 从栈中开始匹配
                if (current < str2.length() && c == str2[current]) { // 当前字符就是匹配的
                    cout << "1->2" << endl;
                    current++;
            }

        } else { // 不匹配就入栈
            Stack3.push(str1[i]);
            cout << "1->3" << endl;
        }
    }
}

int main() {
    string str1; // 1号轨道出站顺序
    string str2; // 进入2号轨道的顺序
    cin >> str1 >> str2;
    solution(str1, str2);



}
  1. 核心逻辑：1 号轨道的车厢需按顺序处理，要么直接进入 2 号轨道（1->2），要么先进入 3 号轨道暂存（1->3），之后从 3 号轨道进入 2 号轨道（3->2）。最终需让 2 号轨道的车厢顺序与目标一致。
  2. 关键错误：
    • 栈中元素匹配时，错误地用了当前 1 号轨道的车厢（c）去比较，而应使用栈顶元素。
    • 处理完 1 号轨道所有车厢后，未检查栈中剩余元素是否能按顺序进入 2 号轨道。
    • 未判断最终是否完全匹配，导致无法输出 “Are you kidding me?”。
  • 豆包是让输出序列先存到string里面，不匹配就不输出

正确答案

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#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>

using namespace std;

void solution(string str1, string str2) {
    stack<char> Stack3; // 定义一个栈，模拟3号轨道
    string operations; // 存储操作
    bool possible = true; // 看最终能否成功
    int j = 0; // 指向str2某个字符，用于检查是否匹配

    // 处理1号轨道的每一节车厢
    for (int i = 0; i < str1.length(); i++) {
        char current = str1[i];
        if (current == str2[j]) { // 当前字符就是匹配的
            operations += "1->2\n";
            j++;
            // 检查栈顶是否能继续匹配（每次1->2后都要尝试弹出栈中可匹配的元素）
            while (!Stack3.empty() && Stack3.top() == str2[j]) {
                // 从栈中开始匹配
                operations += "3->2\n";
                Stack3.pop();
                j++;
            }
        } else { // 不匹配就入栈
            Stack3.push(str1[i]);
            operations += "1->3\n";
        }
    }

    // 1号车厢全部出完，处理3号
    while (!Stack3.empty()) {
        if (Stack3.top() == str2[j]) {
            Stack3.pop();
            j++;
            operations += "3->2\n";
        } else { // 不匹配，直接结束
            possible = false;
            break;
        }
    }
    if (possible && str2.length() == j) {
        cout << operations;
    } else {
        cout << "Are you kidding me?" << endl;
    }
}

int main() {
    string str1; // 1号轨道出站顺序
    string str2; // 进入2号轨道的顺序
    cin >> str1 >> str2;
    solution(str1, str2);
}

java版

  • string类型——String引用类型
  • 输入：
    • 需创建 Scanner 对象，通过 scanner.next() 读取

栈的实现：

维度 C++ 版本 Java 版本
栈的类选择 直接使用 std::stack<char> 类 推荐使用 Deque<Character>（双端队列）模拟栈（java.util.Stack 是遗留类，不推荐）
入栈操作 stack.push(current) deque.push(current)（与 C++ 同名，但类不同）
出栈操作 stack.pop()（无返回值） deque.pop()（无返回值，与 C++ 行为一致）
获取栈顶元素 stack.top() deque.peek()（Java 中 peek() 对应栈顶查询，top() 不存在）
判空操作 stack.empty() deque.isEmpty()（方法名差异，语义一致）
栈的初始化 stack<char> Stack3;（直接声明） Deque<Character> stack3 = new ArrayDeque<>();（接口 + 实现类，需实例化）

  • 集合类 Deque<Character> 只能存储对象，不能直接存储基本类型 char，所以用Character

  • Deque 的本质：Deque 是 Java 中的 “双端队列” 接口（全称 Double Ended Queue），它允许在队列的两端进行添加 / 删除操作（既可以从头部操作，也可以从尾部操作）。

  • 用 Deque 模拟栈的原理：

    栈的核心是 “后进先出（LIFO）”，只需要在 Deque 的同一端（比如尾部）进行 “入栈” 和 “出栈” 操作，就能模拟栈的行为：

    • 入栈：push(element) → 向 Deque 的尾部添加元素（相当于栈的 “压栈”）。
    • 出栈：pop() → 从 Deque 的尾部移除并返回元素（相当于栈的 “弹栈”）。
    • 查看栈顶：peek() → 返回 Deque 的尾部元素（不删除，相当于栈的 “查看栈顶”）。

字符串操作：

  • C++ 中str1[i]对应 Java 的str1.charAt(i)

  • 字符串拼接使用StringBuilder（比String直接拼接更高效）

  • StringBuilder 的作用：Java 中的 String 是 “不可变的”（一旦创建就不能修改内容），如果直接拼接字符串（比如 s = s + "1->2"），会频繁创建新的 String 对象，效率很低。

    StringBuilder 是专门用于高效拼接字符串的类，它的内容可以修改，避免了频繁创建对象的开销。

  • append() 方法：StringBuilder 的核心方法，用于向当前字符串中 “追加” 内容（可以是字符串、字符、数字等），直接修改自身，不创建新对象。

编译错误答案

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Compiler did not create the expected binary
  • 不知道哪错了（idea也没报错）
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import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.Scanner;

class TrainDispatcher {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        String str1 = sc.next(); // 1号轨道出站顺序
        String str2 = sc.next(); // 进入2号轨道的顺序
        solution(str1, str2);
    }

    static void solution(String str1, String str2) {
        Deque<Character> Stack3 = new ArrayDeque<>(); // 用Deque模拟3号轨道（栈）
        StringBuilder operations = new StringBuilder(); // 存储操作
        boolean possible = true; // 看最终能否成功
        int j = 0; // 指向str2某个字符，用于检查是否匹配

        // 处理1号轨道的每一节车厢
        for (int i = 0; i < str1.length(); i++) {
            char current = str1.charAt(i);
            if (current == str2.charAt(j)) { // 当前字符就是匹配的
                operations.append("1->2\n");
                j++;
                // 检查栈顶是否能继续匹配（每次1->2后都要尝试弹出栈中可匹配的元素）
                while (!Stack3.isEmpty() && Stack3.peek() == str2.charAt(j)) {
                    // 从栈中开始匹配
                    operations.append("3->2\n");
                    Stack3.pop();
                    j++;
                }
            } else { // 不匹配就入栈
                Stack3.push(str1.charAt(i));
                operations.append("1->3\n");
            }
        }

        // 1号车厢全部出完，处理3号
        while (!Stack3.isEmpty()) {
            if (Stack3.peek() == str2.charAt(j)) {
                Stack3.pop();
                j++;
                operations.append("3->2\n");
            } else { // 不匹配，直接结束
                possible = false;
                break;
            }
        }
        if (possible && str2.length() == j) {
            System.out.println(operations);
        } else {
            System.out.println("Are you kidding me?");
        }
    }
}