【设计】用队列实现栈（单队列 | 双队列（两种做法））

一、题目描述

Implement the following operations of a stack using queues.

push(x) -- Push element x onto stack.
pop() -- Removes the element on top of the stack.
top() -- Get the top element.
empty() -- Return whether the stack is empty.

MyStack stack = new MyStack();
stack.push(1);
stack.push(2);  
stack.top();   // returns 2
stack.pop();   // returns 2
stack.empty(); // returns false

二、题解

方法一：单队列

核心方法 push：

• 每次在添加元素 add 之前，先用 size 记录队列中的元素个数。
• x 添加到队尾后，把 x 的之前的 size 个元素从队头逐个添加到队尾。

class MyStack {
  private Queue<Integer> queue;
  /** Initialize your data structure here. */
  public MyStack() {
    queue = new LinkedList<>();
  }

  /** Push element x onto stack. */
  public void push(int x) {
    int size = queue.size();
    queue.add(x);
    while (size-- > 0) {
      Integer t = queue.poll();
      queue.offer(t);
    }
  }

  /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
  public int pop() {
    return queue.poll();
  }

  /** Get the top element. */
  public int top() {
    return queue.peek();
  }

  /** Returns whether the stack is empty. */
  public boolean empty() {
    return queue.isEmpty();
  }
}

复杂度分析

• 时间复杂度： $压入 - O(n)， 弹出 - O(1)$，

---

方法二：双队列实现（有两种做法）

• Q1：Q1 中添加元素之前永远是空的，添加完 x 后，应该把 Q2 的元素全部移动到 Q1，然后再让 Q2 与 Q1 交换，可保证 x 添加到队头。
• Q2：实时存储元素。

class MyStack {
  private Queue<Integer> Q1;
  private Queue<Integer> Q2;
  /** Initialize your data structure here. */
  public MyStack() {
    Q1 = new LinkedList<>();
    Q2 = new LinkedList<>();
  }

  /** Push element x onto stack. */
  public void push(int x) {
    Q1.offer(x);
    while (!Q2.isEmpty()) {
      Q1.offer(Q2.poll());
    }
    Queue t = Q1;
    Q1 = Q2;
    Q2 = t;
  }
  public int pop() {
    return Q2.poll();
  }

  /** Get the top element. */
  public int top() {
    return Q2.peek();
  }

  /** Returns whether the stack is empty. */
  public boolean empty() {
    return Q2.isEmpty();
  }
}

复杂度分析

• 时间复杂度： $压入 - O(n)， 弹出 - O(1)$，

做法二

public void push(int x) {
   Q1.add(x);
   top = x;
}
// Removes the element on top of the stack.
public void pop() {
  while (Q1.size() > 1) {
    q2.add(Q1.remove());
  }
  q1.poll();
  Queue<Integer> t= Q1;
  Q1 = q2;
  Q2 = t;
}

复杂度分析

• 时间复杂度： $压入 - O(1)， 弹出 - O(n)$，