01 用栈实现队列(leecode 232)

2023-11-19

1 问题

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列的支持的所有操作(push、pop、peek、empty):

实现 MyQueue 类:

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空,返回 true ;否则,返回 false

说明:

你只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque(双端队列)来模拟一个栈,只要是标准的栈操作即可。

进阶:

你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列?换句话说,执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ,即使其中一个操作可能花费较长时间。

示例:

输入:
[“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出:
[null, null, null, 1, 1, false]

解释:
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

提示:

1 <= x <= 9
最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
假设所有操作都是有效的 (例如,一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作)

2 解法

使用栈来模式队列的行为,如果仅仅用一个栈,是一定不行的,所以需要两个栈「一个输入栈,一个输出栈」,这里要注意输入栈和输出栈的关系。

在push数据的时候,只要数据放进输入栈就好,「但在pop的时候,操作就复杂一些,输出栈如果为空,就把进栈数据全部导入进来(注意是全部导入)」,再从出栈弹出数据,如果输出栈不为空,则直接从出栈弹出数据就可以了。

最后如何判断队列为空呢?「如果进栈和出栈都为空的话,说明模拟的队列为空了。」

在代码实现的时候,会发现pop() 和 peek()两个函数功能类似,代码实现上也是类似的,可以思考一下如何把代码抽象一下。

class MyQueue {
public:
    //定义入栈与出栈
    stack<int> stackIn;
    stack<int> stackOut;
    /** Initialize your data structure here. */
    MyQueue() {

    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    void push(int x) {
        //入栈中压入元素
        stackIn.push(x);
    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    int pop() {
        //当出栈为空时,从入栈中取出全部元素放进出栈
        if(stackOut.empty())
        {
            //取出入栈的所有元素
            while(!stackIn.empty())
            {
                //将入栈中元素放入出栈
                stackOut.push(stackIn.top());
                //弹出入栈中元素
                stackIn.pop();
            }
        }
        //出栈不为空时,直接出栈
        int res = stackOut.top();
        stackOut.pop();
        return res;
    }
    
    /** 获取队列开头元素 **/
    int peek() {
        //利用pop()方法获取开头元素
        int top = this->pop();
        //因为pop函数弹出了元素,将pop弹出的元素放回队列开头
        stackOut.push(top);
        return top;
    }


    /** Returns whether the queue is empty. */
    bool empty() {
        //入栈与出栈都为空时,则队列为空
        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();
 */
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