0111栈与队列Day1-创新互联

剑指offer09.用两个栈实现队列

用两个栈实现一个队列。队列的声明如下,请实现它的两个函数 appendTail 和 deleteHead ,分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素,deleteHead 操作返回 -1 )

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示例 1:

输入:
["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead","deleteHead"]
[[],[3],[],[],[]]
输出:[null,null,3,-1,-1]

示例 2:

输入:
["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]
输出:[null,-1,null,null,5,2]

class CQueue {

    public CQueue() {

    }
    
    public void appendTail(int value) {

    }
    
    public int deleteHead() {

    }
}
解题思路:

栈实现队列的出队操作效率低下:栈底元素(对应队首元素)无法直接删除,需要将上方所有元素出栈。

列表倒序操作可使用双栈实现:设有含三个元素的栈 A = [1,2,3] 和空栈 B = [] 。若循环执行 A 元素出栈并添加入栈 B ,直到栈 A 为空,则 A = [] , B = [3,2,1] ,即栈 B 元素为栈 A 元素倒序。

利用栈 B 删除队首元素:倒序后,B 执行出栈则相当于删除了 A 的栈底元素,即对应队首元素。

函数设计:
加入队尾 appendTail() : 将数字 val 加入栈 A 即可。
删除队首deleteHead() : 有以下三种情况。
当栈 B 不为空: B中仍有已完成倒序的元素,因此直接返回 B 的栈顶元素。
否则,当 A 为空: 即两个栈都为空,无元素,因此返回 -1 。
否则: 将栈 A 元素全部转移至栈 B 中,实现元素倒序,并返回栈 B 的栈顶元素。

代码如下:

class CQueue {
    LinkedListA, B;
    public CQueue() {
        A = new LinkedList();
        B = new LinkedList();
    }
    public void appendTail(int value) {
        A.addLast(value);
    }
    public int deleteHead() {
        if(!B.isEmpty()) return B.removeLast();
        if(A.isEmpty()) return -1;
        while(!A.isEmpty())
            B.addLast(A.removeLast());
        return B.removeLast();
    }
}

剑指 Offer 30. 包含 min 函数的栈 

定义栈的数据结构,请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的 min 函数在该栈中,调用 min、push 及 pop 的时间复杂度都是 O(1)。

示例:

MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.min();   -->返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      -->返回 0.
minStack.min();   -->返回 -2.

class MinStack {

    public MinStack() {

    }
    
    public void push(int x) {

    }
    
    public void pop() {

    }
    
    public int top() {

    }
    
    public int min() {

    }
}

解题思路: 

普通栈的 push() 和 pop() 函数的复杂度为 O(1)O(1) ;而获取栈最小值 min() 函数需要遍历整个栈,复杂度为 O(N)O(N) 。

本题难点: 将 min() 函数复杂度降为 O(1)O(1) 。可借助辅助栈实现:

数据栈 A : 栈 A 用于存储所有元素,保证入栈 push() 函数、出栈 pop() 函数、获取栈顶 top() 函数的正常逻辑。
辅助栈 B : 栈 B 中存储栈 A 中所有 非严格降序 元素的子序列,则栈 A 中的最小元素始终对应栈 B 的栈顶元素。此时, min() 函数只需返回栈 B 的栈顶元素即可。

函数设计:
push(x) 函数: 重点为保持栈 B 的元素是 非严格降序 的;

执行「元素 x 压入栈 A」 ;
若「栈 B 为空」或「x ≤ 栈 B 的栈顶元素」,则执行「元素 x 压入栈 B」 ;
pop() 函数: 重点为保持栈 A , B 的 元素一致性 ;

执行「栈 A 元素出栈」,将出栈元素记为 y ;
若 「y 等于栈 B 的栈顶元素」,则执行「栈 B 元素出栈」;
top() 函数: 直接返回栈 A 的栈顶元素,即返回 A.peek() ;

min() 函数: 直接返回栈 B 的栈顶元素,即返回 B.peek() ;

采用 “非严格” 降序原因:

在栈 A具有 重复 最小值元素时,非严格降序可防止栈 B提前弹出最小值元素,示例如下:

代码如下:

注:Java 代码中,由于 Stack 中存储的是 int 的包装类 Integer ,因此需要使用 equals()代替 ==,以比较对象的值。 

class MinStack {
    StackA, B;
    public MinStack() {
        A = new Stack<>();
        B = new Stack<>();
    }
    public void push(int x) {
        A.add(x);
        if(B.empty() || B.peek() >= x)
            B.add(x);
    }
    public void pop() {
        if(A.pop().equals(B.peek()))
            B.pop();
    }
    public int top() {
        return A.peek();
    }
    public int min() {
        return B.peek();
    }
}

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