算法训练营（day10）

栈和队列理论基础

  • 栈和队列原理

    • 队列先进先出
    • 栈先进后出
栈与队列理论1

​ 栈是以底层容器完成其所有的工作，对外提供统一的接口，底层容器是可插拔的（也就是说我们可以控制使用哪种容器来实现栈的功能）

232.用栈实现队列

题目链接：https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/description/

  • 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isEmpty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。

解题思路

解题过程：

  1. 题目要求使用两个栈实现队列，定义一个栈为输入栈，一个栈为输出栈
  2. 根据栈和队列的原理，实现队列 先进先出 的特性
  3. 根据栈 先进后出 的特性，只需将数据依次压栈出栈两个栈，即可实现 先进先出 的功能

详细代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
class MyQueue {
    Stack<Integer> StackIn;
    Stack<Integer> StackOut;

    public MyQueue() {
        StackIn = new Stack<>();
        StackOut = new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        StackIn.push(x);
    }
    
    public int pop() {
        dumpStackIn();
        return StackOut.pop();
    }
    
    public int peek() {
        dumpStackIn();
        return StackOut.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return StackIn.isEmpty() && StackOut.isEmpty();
    }

    private void dumpStackIn(){
        if(StackOut.isEmpty()){
            while(!StackIn.isEmpty()){
                StackOut.push(StackIn.pop());
            }
        }
    }
}

/**
 * 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();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

225. 用队列实现栈

题目链接：https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。实现 MyStack 类：

  • void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。

  • int pop() 移除并返回栈顶元素。

  • int top() 返回栈顶元素。

  • boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

注意：你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front 、size和 is empty 这些操作。
你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

解题思路

解题过程：

  1. 使用两个队列 （queue/deque） 最终都可优化成一个队列求解

模拟队列

ArrayDeque 和 LinkedList 都可以模拟实现栈和队列，但两者存在区别

  • ArrayDeque：内部以数组的形式保存集合中的元素，因此随机访问元素时有较好的性能，插入删除时性能较差。
  • LinkedList：内部以双向链表的形式来保存集合中的元素，因此随机访问集合中的元素时虽然性能较差，但在插入、删除元素时性能较好。

详细代码

解法一：使用一个双端队列

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
class MyStack {
    Deque<Integer> que;

    public MyStack() {
        que = new LinkedList<>();
        //que = new ArrayDeque<>(); 亦可
    }
    
    public void push(int x) {
        que.addLast(x);
    }
    
    public int pop() {
        return que.pollLast();
    }
    
    public int top() {
        return que.peekLast();
    }
    
    public boolean empty() {
        return que.isEmpty();
    }

}

/**
 * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
 * MyStack obj = new MyStack();
 * obj.push(x);
 * int param_2 = obj.pop();
 * int param_3 = obj.top();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

解法二：使用一个队列

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
class MyStack {
    Queue<Integer> que;

    public MyStack() {
        que = 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) {
        que.offer(x);
        int size = que.size();
        //移动了除了 A 的其他数
        while(size-- > 1){
            que.offer(que.poll());
        }
    }
    
    public int pop() {
        return que.poll();
    }
    
    public int top() {
        return que.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return que.isEmpty();
    }

}

/**
 * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
 * MyStack obj = new MyStack();
 * obj.push(x);
 * int param_2 = obj.pop();
 * int param_3 = obj.top();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */