09、第五章 栈与队列part01

本节内容

  • 理论基础
  • 232.用栈实现队列
  • 225. 用队列实现栈

理论基础※

了解一下 栈与队列的内部实现机智，文中是以C++为例讲解的。

文章讲解：
https://programmercarl.com/%E6%A0%88%E4%B8%8E%E9%98%9F%E5%88%97%E7%90%86%E8%AE%BA%E5%9F%BA%E7%A1%80.html

https://www.yuanql.top/2023/07/03/02_leetcode/%E6%A0%88%E4%B8%8E%E9%98%9F%E5%88%97%E7%90%86%E8%AE%BA%E5%9F%BA%E7%A1%80/

232.用栈实现队列※

建议：大家可以先看视频，了解一下模拟的过程，然后写代码会轻松很多。

题目链接： https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/
文章讲解： https://programmercarl.com/0232.%E7%94%A8%E6%A0%88%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E9%98%9F%E5%88%97.html

https://www.yuanql.top/2023/07/03/02_leetcode/232.%20%E7%94%A8%E6%A0%88%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E9%98%9F%E5%88%97/

题目分析



方案一

曾经做过，有相关的印象

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class MyQueue {

    private Deque<Integer> leftDeque;

    private Deque<Integer> rigthDeque;
    public MyQueue() {
        leftDeque = new LinkedList<>();
        rigthDeque = new LinkedList<>();
    }

    public void push(int x) {
        rigthDeque.push(x);
    }

    public int pop() {
        if (leftDeque.isEmpty()) {
            while (!rigthDeque.isEmpty()) {
                leftDeque.push(rigthDeque.pop());
            }
        }
        return leftDeque.pop();
    }

    public int peek() {
        if (leftDeque.isEmpty()) {
            while (!rigthDeque.isEmpty()) {
                leftDeque.push(rigthDeque.pop());
            }
        }
        return leftDeque.peek();
    }

    public boolean empty() {
        return leftDeque.isEmpty() && rigthDeque.isEmpty();
    }
}

结果

解答成功:
执行耗时:0 ms,击败了100.00% 的Java用户
内存消耗:39.2 MB,击败了83.29% 的Java用户

代码随想录

https://programmercarl.com/0232.%E7%94%A8%E6%A0%88%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E9%98%9F%E5%88%97.html

这是一道模拟题，不涉及到具体算法，考察的就是对栈和队列的掌握程度。

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。

下面动画模拟以下队列的执行过程：

代码实现

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class MyQueue {

    Stack<Integer> stackIn;
    Stack<Integer> stackOut;

    /** Initialize your data structure here. */
    public MyQueue() {
        stackIn = new Stack<>(); // 负责进栈
        stackOut = new Stack<>(); // 负责出栈
    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    public void push(int x) {
        stackIn.push(x);
    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    public int pop() {    
        dumpstackIn();
        return stackOut.pop();
    }
    
    /** Get the front element. */
    public int peek() {
        dumpstackIn();
        return stackOut.peek();
    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    public boolean empty() {
        return stackIn.isEmpty() && stackOut.isEmpty();
    }

    // 如果stackOut为空，那么将stackIn中的元素全部放到stackOut中
    private void dumpstackIn(){
        if (!stackOut.isEmpty()) return; 
        while (!stackIn.isEmpty()){
                stackOut.push(stackIn.pop());
        }
    }
}

225. 用队列实现栈※

建议：可以大家惯性思维，以为还要两个队列来模拟栈，其实只用一个队列就可以模拟栈了。 

建议大家掌握一个队列的方法，更简单一些，可以先看视频讲解

题目链接： https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/
文章讲解： https://programmercarl.com/0225.%E7%94%A8%E9%98%9F%E5%88%97%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E6%A0%88.html

https://www.yuanql.top/2023/07/04/02_leetcode/225.%20%E7%94%A8%E9%98%9F%E5%88%97%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E6%A0%88/

题目分析



方案一

曾经做过，有相关的印象

仅仅使用了一个队列实现的，但是感觉时间复杂度有点高

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class MyStack {

    private Deque<Integer> deque;

    private int length = 0;

    public MyStack() {
        deque = new LinkedList<>();
    }

    public void push(int x) {
        deque.offer(x);
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            deque.offer(deque.poll());
        }
        length++;
    }

    public int pop() {
        length--;
        return deque.poll();
    }

    public int top() {
        return deque.peek();
    }

    public boolean empty() {
        return length == 0;
    }
}

结果

解答成功:
执行耗时:0 ms,击败了100.00% 的Java用户
内存消耗:39.4 MB,击败了38.71% 的Java用户

代码随想录

https://programmercarl.com/0225.%E7%94%A8%E9%98%9F%E5%88%97%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E6%A0%88.html

队列模拟栈，其实一个队列就够了，那么我们先说一说两个队列来实现栈的思路。

队列是先进先出的规则，把一个队列中的数据导入另一个队列中，数据的顺序并没有变，并没有变成先进后出的顺序。

所以用栈实现队列， 和用队列实现栈的思路还是不一样的，这取决于这两个数据结构的性质。

但是依然还是要用两个队列来模拟栈，只不过没有输入和输出的关系，而是另一个队列完全用来备份的！

如下面动画所示，用两个队列que1和que2实现队列的功能，que2其实完全就是一个备份的作用，把que1最后面的元素以外的元素都备份到que2，然后弹出最后面的元素，再把其他元素从que2导回que1。

模拟的队列执行语句如下：

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queue.push(1);        
queue.push(2);        
queue.pop();   // 注意弹出的操作       
queue.push(3);        
queue.push(4);       
queue.pop();  // 注意弹出的操作    
queue.pop();    
queue.pop();    
queue.empty();

优化

一个队列在模拟栈弹出元素的时候只要将队列头部的元素（除了最后一个元素外） 重新添加到队列尾部，此时再去弹出元素就是栈的顺序了。

代码实现

使用两个 Queue 实现方法1

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class MyStack {

    Queue<Integer> queue1; // 和栈中保持一样元素的队列
    Queue<Integer> queue2; // 辅助队列

    /** Initialize your data structure here. */
    public MyStack() {
        queue1 = new LinkedList<>();
        queue2 = new LinkedList<>();
    }
    
    /** Push element x onto stack. */
    public void push(int x) {
        queue2.offer(x); // 先放在辅助队列中
        while (!queue1.isEmpty()){
            queue2.offer(queue1.poll());
        }
        Queue<Integer> queueTemp;
        queueTemp = queue1;
        queue1 = queue2;
        queue2 = queueTemp; // 最后交换queue1和queue2，将元素都放到queue1中
    }
    
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    public int pop() {
        return queue1.poll(); // 因为queue1中的元素和栈中的保持一致，所以这个和下面两个的操作只看queue1即可
    }
    
    /** Get the top element. */
    public int top() {
        return queue1.peek();
    }
    
    /** Returns whether the stack is empty. */
    public boolean empty() {
        return queue1.isEmpty();
    }
}

使用两个 Queue 实现方法2

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class MyStack {
    //q1作为主要的队列，其元素排列顺序和出栈顺序相同
    Queue<Integer> q1 = new ArrayDeque<>();
    //q2仅作为临时放置
    Queue<Integer> q2 = new ArrayDeque<>();

    public MyStack() {

    }
    //在加入元素时先将q1中的元素依次出栈压入q2，然后将新加入的元素压入q1，再将q2中的元素依次出栈压入q1
    public void push(int x) {
        while (q1.size() > 0) {
            q2.add(q1.poll());
        }
        q1.add(x);
        while (q2.size() > 0) {
            q1.add(q2.poll());
        }
    }

    public int pop() {
        return q1.poll();
    }

    public int top() {
        return q1.peek();
    }

    public boolean empty() {
        return q1.isEmpty();
    }
}

使用两个 Deque 实现

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class MyStack {
    // Deque 接口继承了 Queue 接口
    // 所以 Queue 中的 add、poll、peek等效于 Deque 中的 addLast、pollFirst、peekFirst
    Deque<Integer> que1; // 和栈中保持一样元素的队列
    Deque<Integer> que2; // 辅助队列
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyStack() {
        que1 = new ArrayDeque<>();
        que2 = new ArrayDeque<>();
    }
    
    /** Push element x onto stack. */
    public void push(int x) {
        que1.addLast(x);
    }
    
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    public int pop() {
        int size = que1.size();
        size--;
        // 将 que1 导入 que2 ，但留下最后一个值
        while (size-- > 0) {
            que2.addLast(que1.peekFirst());
            que1.pollFirst();
        }

        int res = que1.pollFirst();
        // 将 que2 对象的引用赋给了 que1 ，此时 que1，que2 指向同一个队列
        que1 = que2;
        // 如果直接操作 que2，que1 也会受到影响，所以为 que2 分配一个新的空间
        que2 = new ArrayDeque<>();
        return res;
    }
    
    /** Get the top element. */
    public int top() {
        return que1.peekLast();
    }
    
    /** Returns whether the stack is empty. */
    public boolean empty() {
        return que1.isEmpty();
    }
}

优化，使用一个 Deque 实现

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class MyStack {
    // Deque 接口继承了 Queue 接口
    // 所以 Queue 中的 add、poll、peek等效于 Deque 中的 addLast、pollFirst、peekFirst
    Deque<Integer> que1;
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyStack() {
        que1 = new ArrayDeque<>();
    }
    
    /** Push element x onto stack. */
    public void push(int x) {
        que1.addLast(x);
    }
    
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    public int pop() {
        int size = que1.size();
        size--;
        // 将 que1 导入 que2 ，但留下最后一个值
        while (size-- > 0) {
            que1.addLast(que1.peekFirst());
            que1.pollFirst();
        }

        int res = que1.pollFirst();
        return res;
    }
    
    /** Get the top element. */
    public int top() {
        return que1.peekLast();
    }
    
    /** Returns whether the stack is empty. */
    public boolean empty() {
        return que1.isEmpty();
    }
}

优化，使用一个 Queue 实现

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class MyStack {

    Queue<Integer> queue;

    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<>();
    }

    //每 offer 一个数（A）进来，都重新排列，把这个数（A）放到队列的队首
    public void push(int x) {
        queue.offer(x);
        int size = queue.size();
        //移动除了 A 的其它数
        while (size-- > 1)
            queue.offer(queue.poll());
    }

    public int pop() {
        return queue.poll();
    }

    public int top() {
        return queue.peek();
    }

    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }
}

优化，使用一个 Queue 实现，但用卡哥的逻辑实现

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class MyStack {
    Queue<Integer> queue;
    
    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        queue.add(x);
    }
    
    public int pop() {
        rePosition();
        return queue.poll();
    }
    
    public int top() {
        rePosition();
        int result = queue.poll();
        queue.add(result);
        return result;
    }
    
    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }

    public void rePosition(){
        int size = queue.size();
        size--;
        while(size-->0)
            queue.add(queue.poll());
    }
}
02_1_代码随想录算法训练营18期
#LeetCode #算法训练营
09、第五章 栈与队列part01
http://yuanql.top/2023/07/21/02_1_代码随想录算法训练营18期/09、第五章 栈与队列part01/
作者
Qingli Yuan
发布于
2023年7月21日
许可协议