栈和队列 232. 用栈实现队列 225.用队列实现栈 155. 最小栈

232. 用栈实现队列

• 使用栈实现队列的下列操作：
  • push(x) – 将一个元素放入队列的尾部。
  • pop() – 从队列首部移除元素。
  • peek() – 返回队列首部的元素。
  • empty() – 返回队列是否为空。

思路：

栈为后进先出（LIFO），因此栈的pop()方法和top()方法都是针对栈顶元素，即append()的最后一个元素。
而队列的pop()方法和peek()方法是针对队列首部元素，即append()的第一个元素。
因此在用栈实现队列的pop()方法和peek()方法时，需要将输入栈元素依次出栈压入输出栈，实现元素反转，再使用栈的pop()方法。

利用两个堆栈，一个叫输入栈，一个叫输出栈。用于实现进入队列Push(x)，出队列pop()，查看最后一个元素peek()，及判断是否为空empty()函数。每次从输入栈进，输出栈出。
push操作：将加入的元素添加到输入栈；
pop操作：从输出栈取走元素，输出栈没有元素时，将输入栈元素依次出栈压入输出栈，再从输出栈取出；
peek操作：访问输出栈栈顶元素，输出栈没有元素时，将输入栈元素依次出栈压入输出栈，再从输出栈取出；
empty为真的条件：两个栈都为空。

代码实现

class MyQueue:
    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.stackin = []
        self.stackout = []

    def push(self, x: int) -> None:
        """
        Push element x to the back of queue.
        """
        self.stackin.append(x)

    def pop(self) -> int:
        """
        Removes the element from in front of queue and returns that element.
        """
        if len(self.stackout) == 0:
            while self.stackin:
                self.stackout.append(self.stackin.pop())

        return self.stackout.pop()

    def peek(self) -> int:
        """
        Get the front element.
        """
        if len(self.stackout) == 0:
            while self.stackin:
                self.stackout.append(self.stackin.pop())

        return self.stackout[-1]

    def empty(self) -> bool:
        """
        Returns whether the queue is empty.
        """
        if self.stackin or self.stackout:
            return False
        else:
            return True

225. 用队列实现栈

• 使用队列实现栈的下列操作：
  • push(x) – 元素 x 入栈
  • pop() – 移除栈顶元素
  • top() – 获取栈顶元素
  • empty() – 返回栈是否为空

思路：

队列为先进先出（FIFO），要用队列实现栈，只需要在向栈中插入数据时，实现反转，即可使用队列的pop(0)方法。
使用一个队列，队列添加元素后，反转前n-1个元素，栈顶元素始终保留在队首

代码实现

class MyStack:

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.q = []


    def push(self, x: int) -> None:
        """
        Push element x onto stack.
        """
        self.q.append(x)
        n = len(self.q)
        while n > 1:
            self.q.append(self.q.pop(0))
            n -= 1
        
        
    def pop(self) -> int:
        """
        Removes the element on top of the stack and returns that element.
        """
        return self.q.pop(0)


    def top(self) -> int:
        """
        Get the top element.
        """
        return self.q[0]


    def empty(self) -> bool:
        """
        Returns whether the stack is empty.
        """
        return not self.q



# Your MyStack object will be instantiated and called as such:
# obj = MyStack()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.top()
# param_4 = obj.empty()

155. 最小栈

• 设计一个支持 push，pop，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。
  • push(x) – 将元素 x 推入栈中。
  • pop() – 删除栈顶的元素。
  • top() – 获取栈顶元素。
  • getMin() – 检索栈中的最小元素。

思路：

1. 对push增加功能：每次push比较一次，看当前值是否为新的最小值
2. 对pop增加功能：每次pop操作，判断弹出的是否是最小值所在位置，是的话重新寻找最小值，时间复杂度 $O(n)$。
3. 由2，需要自定义一个寻找最小值的函数。

push: O(1)时间, O(1)空间
pop: O(n)时间, O(1)空间
getMin和top：O(1)时间啦

代码实现

class MinStack:
    def __init__(self):
        """
        initialize your data structure here.
        """
        self.__list = []
        # 定义最小值索引
        self.minindex = 0

    def push(self, x: int) -> None:
        self.__list.append(x)
        # 判断新加入的值是否比原有最小值小，若成立，则修改最小值索引为 列表长度-1
        if self.__list[self.minindex] > x:
            self.minindex = len(self.__list) - 1

    def pop(self) -> None:
    	# 设置最小值标志，若弹出的值为最小值，则重新寻找最小值
        Flag = False
        if self.minindex == len(self.__list) - 1:
            Flag = True
        if Flag:
        	# 栈顶为最小值，先弹出，再重新寻找最小值
            num = self.__list.pop()
            self.arrange()
        else:
        	# 栈顶不为最小值，直接弹出
            num = self.__list.pop()
        return num

    def top(self) -> int:
        return self.__list[-1]

    def getMin(self) -> int:
        if self.__list == []:
            return None
        return self.__list[self.minindex]

    def arrange(self):
    	# 寻找最小值函数
        n = len(self.__list)
        minindex = 0
        for i in range(1, n):
            if self.__list[i] < self.__list[minindex]:
                minindex = i
        self.minindex = minindex
        
        
# Your MinStack object will be instantiated and called as such:
# obj = MinStack()
# obj.push(x)
# obj.pop()
# param_3 = obj.top()
# param_4 = obj.getMin()